淺談地鐵彈性長枕的技術(shù)優(yōu)勢及研究現(xiàn)狀-Ansys lsdyna應(yīng)用

2016-08-04 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

截至2013 年底,我國開通軌道交通的城市達(dá)到19 個,累計運(yùn)營里程2746 公里, 2020 年線路規(guī)劃里程甚至超過一萬公里。軌道交通的蓬勃發(fā)展,給人們的出行提供了極大的方便,促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展。但是由列車運(yùn)行產(chǎn)生的振動與噪聲,嚴(yán)重影響著沿線居民的工作和生活。對城市軌道交通進(jìn)行振動與噪聲的研究,對于軌道交通的健康發(fā)展具有重要意義。文章對傳統(tǒng)中等減振措施與彈性長枕進(jìn)行對比分析,并對近年來取得的一些理論成果進(jìn)行了闡述。

1 彈性長枕軌道結(jié)構(gòu)形式及減振機(jī)理

1.1 彈性長枕軌道結(jié)構(gòu)形式

彈性長枕無砟軌道是在彈性支承塊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,彈性長枕的結(jié)構(gòu)形式為:采用的特殊預(yù)應(yīng)力混凝土枕增強(qiáng)了軌距保持能力;包裹支承塊的套靴被被包裹預(yù)應(yīng)力軌枕的兩端開啟式的橡膠靴替代,可以排除進(jìn)入箱內(nèi)的雨水,并有利于結(jié)構(gòu)的施工和后期維護(hù)。

1.2 彈性長枕軌道減振機(jī)理

在彈性長枕軌道結(jié)構(gòu)中,較低剛度的彈性墊層布設(shè)在軌枕底部,并置于橡膠套靴之上,實(shí)現(xiàn)了把長軌枕與道床隔離開的目的。當(dāng)列車通過彈性長軌枕時,垂直方向被壓縮一定的距離,但由于起緩沖作用的彈性墊層的存在,從而達(dá)到了減振的目的。

2 傳統(tǒng)地鐵常用中等軌道減振措施所面臨的問題

國內(nèi)傳統(tǒng)地鐵常用中等軌道減振措施主要有軌道減振器扣件及彈性短軌枕。

2.1 軌道減振器

軌道減振器又稱科隆蛋,最早由德國設(shè)計并實(shí)際應(yīng)用,隨后被許多國家所采用。我國也在上海和廣州地鐵中采用了該扣件。軌道減振器扣件良好的減振性能在開通運(yùn)營后得到完美體現(xiàn),滿足了對減振降噪預(yù)期的設(shè)計要求。但是,軌道減振器在我國的應(yīng)用并不理想,主要是存在著以下幾個缺點(diǎn):其減振性能在運(yùn)營一年以后衰減較快,減振性能約衰減20%;一旦橡膠失效,需成套更換;長時間運(yùn)營后,誘發(fā)嚴(yán)重的鋼軌波磨。

2.2 彈性短軌枕

彈性短軌枕軌道結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用并具有良好的減振降噪性能,但有以下幾個缺點(diǎn):施工質(zhì)量對彈性軌枕減振效果影響較大;套靴中夾入雜物或短軌枕與套靴綁扎不密貼,會導(dǎo)致病害的出現(xiàn),且減振性能也會大打折扣;彈性層失效后不易被檢測發(fā)現(xiàn),即使發(fā)現(xiàn)后,更換也很麻煩;軌距和軌底坡調(diào)整困難;在曲線地段鋼軌產(chǎn)生嚴(yán)重的波浪磨耗。

3 中等減振措施中彈性長枕存在的優(yōu)勢

彈性長枕軌道的雛形,最早由日本于20 世紀(jì)70 年代提出。彈性長枕軌道作為一種新型減振降噪軌道結(jié)構(gòu),廣泛的應(yīng)用于很多國家。彈性長枕軌道主要存在以下幾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)勢:彈性長枕軌道的軌枕設(shè)計成長枕,增強(qiáng)了軌排結(jié)構(gòu)的整體性,提高了軌枕穩(wěn)定性;在道床上設(shè)計了中央排水溝,便于橡膠套靴中的積水盡快排出;檢查和更換彈性墊層方便。

4 我國彈性長枕式無砟軌道的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀

4.1 我國彈性長枕無砟軌道的應(yīng)用

相對其他國家對彈性長枕軌道結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用,我國的應(yīng)用較少。僅在北京地鐵機(jī)場線、蘭新二線的烏鞘嶺隧道、上海地鐵7 號線、北京地鐵9 號線有少量鋪設(shè)。

4.2 我國彈性長枕無砟軌道的研究現(xiàn)狀

近幾年,我國學(xué)者才開始關(guān)注彈性長枕這一新型軌道結(jié)構(gòu)型式,并對其進(jìn)行了一些理論和實(shí)驗研究。以下介紹我國彈性長枕無砟軌道研究現(xiàn)狀。

吳曾等人建立無砟軌道彈性長枕梁-梁-板模型,分析了行車速度與垂向位移、加速度的關(guān)系;行車速度與扣件瞬時上拔力的關(guān)系;垂向位移、加速度分別與軌道結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量的關(guān)系;進(jìn)一步分析了不同軌道結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量下彈性長枕的動力響應(yīng);找出了軌道結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量與垂向速度、加速度等的關(guān)系;最后計算了不同列車速度下的動力響應(yīng)。

王偉華等人對彈性長枕無砟軌道進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。通過建立彈性長枕模態(tài)分析及抗翻轉(zhuǎn)剛度模型,得出結(jié)論:軌枕的埋深對抗翻轉(zhuǎn)剛度的影響更大;得出了彈性長枕支承剛度及埋深的合理取值。趙信洋運(yùn)用ANSYS 軟件建立彈性長枕垂向受力模型,分析了彈性長枕軌下及枕中彎矩在不同枕長和不同支撐長度下的數(shù)值,得出以0.4 作為彈性長枕枕長與支撐長度的合理比例關(guān)系。

范志材利用ANSYS/LS-DYNA 軟件和落軸試驗原理,對橋上彈性長枕無砟軌道的枕下、軌下剛度進(jìn)行分析,并給出了合理的取值范圍;利用SIMPACK 軟件建立車輛-軌道-線路模型,分別分析了列車各輪軌力在同一速度和不同

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