浮置式軌道作為一種高等減振技術,其基本原理是將道床板置于隔振器上,使得軌道結構與隔振器組成一振動頻率較低的質量-彈簧系統(tǒng)。根據(jù)隔振原理,只有當激振頻率與系統(tǒng)自振頻率之比η大于1.414時,力的傳遞率Tf才會小于1,從而實現(xiàn)隔振。因此,對減振浮置軌道結構設計研究時,在滿足正常運營的前提下,應盡量降低系統(tǒng)的自振頻率才能達到減振目的。
目前,較為成熟的浮置式軌道結構有鋼彈簧浮置板軌道、隔離式減振墊軌道和梯形軌枕軌道。它們在施工工藝、減振性能等方面有所不同,其中,為適應標準化生產、機械化快速施工,傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼彈簧浮置板正逐漸被經過優(yōu)化設計的新型預制鋼彈簧浮置板取代。
現(xiàn)澆鋼彈簧浮置板軌道結構斷面復雜,主要由浮置板、彈簧隔振器、定位裝置等組成。施工方法主要有人工散鋪法和預制鋼筋籠法,施工速度較慢。因其重量大,減振效果好,在城市區(qū)域內的振動噪聲敏感區(qū)段能夠有效降低地鐵運營對周圍環(huán)境的不利影響。其寬度一般在3.1m左右,板下采用間隔式支承,一般支承間距在1.2~1.8m范圍內。
隔離式減振墊軌道利用了浮置式軌道結構的一般減振原理,其特點是在軌道板下采用了整體連續(xù)的橡膠墊面支承,其支承剛度一般為0.01N/mm左右。為減少接頭數(shù)量,可在設計生產時適當增加減振墊的長度。同時,其軌道板的外形尺寸可與隧道或橋梁斷面相配合,以獲得較大質量,從而減低系統(tǒng)的自振頻率,提高減振性能。就目前來講,隔離式減振墊在我國應用還較少,效果暫時還不確定。
梯形軌枕軌道是一種源于日本的輕型浮置式軌道,在我國已用于高架橋的減振。在縱向軌枕的型式下,左右預應力混凝土枕梁間等距加設鋼管橫梁,形成梯子式樣的結構。這種結構形式利用減振材料等間隔支承結構,使其浮于混凝土整體道床之上,構成了質量-彈簧系統(tǒng),這不但保留了復合軌道的高剛性的特點,還給軌道結構帶來了充分的彈性。這種軌道設計可以降低結構振動,是一種低噪聲、低振動的軌道結構。其縱向軌枕長度常為6.15m,理論上對長度沒有限制。間隔為2.5m的橫向連接桿采用直徑80mm、壁厚9mm的鋼管。由于梯形軌枕軌道自重較輕,該結構板下支承材料的靜剛度一般為每延米15kN/mm以上。
預制鋼彈簧浮置板因其施工工藝簡單、施工工序少、不同施工現(xiàn)場適應能力強等優(yōu)勢,具有廣闊的應用背景。在總結以往鋼彈簧浮置板軌道的工程應用經驗基礎上,采用快速施工技術,可以實現(xiàn)浮置板軌道標準模塊化設計、工廠化制作和機械化鋪設。這有利于提高施工速度和軌道施工質量,改善施工工作環(huán)境,降低工人的勞作強度,節(jié)約工程投入。預制浮置板長按3.6~5.4 m設計,寬度2.7~2.9m。每塊板可設置6~8個彈簧隔振器,工廠預制生產時,按照安裝標準,將隔振器的外套筒預埋在預制板內。為滿足減振要求,可設置凸臺,增加浮置板整體的重量,降低其自振頻率,以達到更好的減振效果。
為研究浮置式軌道結構的振動特性,可先對其進行有限元建模,通過對采用不同參數(shù)的模型進行振動頻率有限元分析,以得到不同參數(shù)對其各自振動特性的影響。模態(tài)提取是用來計算特征值和特征向量的計算技術。Blank Lanczos法可以應用于大多數(shù)場合,在提取中型到大型計算模型中的部分振型時,這種方法很有效,且收斂更快。因此,杭州那泰有限元分析公司在對浮置式軌道結構的振動頻率提取時,采用Blank Lanczos法。
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