减振型装配式轨道设计方案理论与试验研究

张政; 娄会彬; 孙立; 朱彬; 任西冲

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20210517

减振型装配式轨道设计方案理论与试验研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210517

张政^1,,
娄会彬^{1, 2, ,},
孙立¹,
朱彬¹,
任西冲¹

1.
中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063
2.
西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 610031

基金项目: 中国铁路总公司科技研究开发计划课题（N2018G068）

详细信息

作者简介:
张政（1987—），男，高级工程师，研究方向为铁路轨道设计，E-mail：381214662@qq.com

通讯作者:
娄会彬（1987—），男，高工，研究方向为铁路轨道设计，E-mail：694177051@qq.com

中图分类号: U213.2
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出版历程
- 收稿日期: 2021-07-07
- 修回日期: 2021-11-23
- 网络出版日期: 2023-02-13
- 刊出日期: 2021-11-25

Theoretical and Experimental Study on Design Scheme of Vibration Damping Prefabricated Track

ZHANG Zheng^1
,,
LOU Huibin^{1, 2
, ,},
SUN Li¹,
ZHU Bin¹,
REN Xichong¹

1.
China Railway Siyuan Survey and Design Group Co., Ltd., Wuhan 430063, China
2.
State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China

摘要

摘要:
为适应城市轨道交通大规模建设和满足减振需求，提出一种新型装配式无砟轨道结构，建立车辆-无砟轨道耦合动力分析模型和室内实尺试验模型，对减振型装配式轨道结构力学性能进行研究. 研究表明：减振型装配轨道结构在列车动载作用下的系统动力响应指标均在安全限值范围内，满足行车安全性和舒适性要求；静载试验轨道结构混凝土最大压应变为 −129.6 με，远小于混凝土极限应变值；卸载后残余变形很小，轨道弹性较好，结构承载能力满足要求；在疲劳荷载作用下，结构整体受力变形较小，未见裂纹，抗疲劳性能良好；轨道振动从上往下逐层递减，频率为100～125 Hz，最大减振效果可达12.4 dB，结构减振效果显著且减振稳定性较好.
- 城市轨道交通 /
- 装配式轨道 /
- 结构设计 /
- 理论分析 /
- 实尺模型
Abstract:
In order to adapt to the large-scale construction of urban rail transit and meet the needs of vibration reduction, a new type of prefabricated ballastless track structure is proposed. The vehicle ballastless track coupling dynamic analysis model and indoor full-scale test model are established to study the mechanical properties of the vibration reduction prefabricated track structure. The results show that the system dynamic response indexes of vibration damping assembled track structure under the action of train dynamic load are within the safety limit, meeting the requirements of driving safety and comfort. The maximum compressive strain of track structure concrete in static load test is −129.6 με, which is far less than the limit strain of concrete. After unloading, the residual deformation is very small, the track elasticity is good, and the structural bearing capacity meets the requirements. Under the action of fatigue load, the overall deformation of the structure is small, no crack is found, and the anti fatigue performance is good. The track vibration decreases layer by layer from top to bottom, the frequency is between 100−125 Hz, the maximum vibration reduction effect can reach 12.4 dB, the structure vibration reduction effect is significant and the vibration reduction stability is good.
- urban rail transit /
- prefabricated track /
- structural design /
- theoretical analysis /
- full scale model

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图 1 新型装配式无砟轨道组成

Figure 1. Composition of new type assembled ballastless track

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图 2 DTVI2型扣件平面图

Figure 2. DTVI2 fastener plan

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图 3 轨道板结构

Figure 3. Track slab

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图 4 板间连接装配件

Figure 4. Plate to plate connection assembly

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图 5 轨道结构横断面

Figure 5. Cross section of track structure

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图 6 轨道板限位构件

Figure 6. Limiting member

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图 7 车辆-轨道耦合动力分析模型

Figure 7. Vehicle track coupling dynamic analysis model

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图 8 动力响应时程曲线

Figure 8. Dynamic response time history curves

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图 9 现场部分测点

Figure 9. Layout of some measuring points on site

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图 10 各测点混凝土应变

Figure 10. Concrete strain at each measuring point

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图 11 荷载-位移变化曲线

Figure 11. Load-displacement curves

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图 12 加载和卸载过程中钢轨位移变化曲线

Figure 12. Rail displacement curves during loading and unloading

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图 13 钢轨和轨道板位移变化曲线

Figure 13. Displacement curves of rail and track slab

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图 14 基座垂向加速度1/3倍频程

Figure 14. 1/3 Octave diagram of vertical acceleration of base

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图 15 轨道传递函数幅频谱

Figure 15. Amplitude spectrum of orbital transfer function

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表 1 轨道结构模型参数

Table 1. Track structure model parameters

部件	弹性模量/GPa	泊松比	密度/（kg·m⁻³）
钢轨	206.0	0.3	7800
轨道板	36.5	0.2	2500
混凝土垫层	34.0	0.2	2400
基座	34.0	0.2	2500
限位构件	34.0	0.2	2500

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表 2 车-轨动力响应统计

Table 2. Statistics of vehicle-rail dynamic response

动力响应指标	峰值
轮轨横向力/kN	5.457
轮轨垂向力/kN	73.115
脱轨系数	0.073
轮重减载率	0.108

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表 3 系统动力响应统计

Table 3. Statistics of system dynamic response

项目	动力响应指标	峰值
车体	垂向加速度/（m·s⁻²）	0.429
车体	横向加速度/（m·s⁻²）	0.285
钢轨	垂向加速度/（m·s⁻²）	190.380
钢轨	垂向位移/mm	2.141
轨道板	垂向加速度/（m·s⁻²）	31.200
轨道板	垂向位移/mm	0.812
混凝土垫层	垂向加速度/（m·s⁻²）	26.020
混凝土垫层	垂向位移/mm	0.761
基座	垂向加速度/（m·s⁻²）	1.160
基座	垂向位移/mm	0.122

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参考文献(19)

[1]	曹德志. 板式轨道在地铁中的应用研究[J]. 都市快轨交通,2018,31(1): 109-114. doi: 10.3969/j.issn.1672-6073.2018.01.017 CAO Dezhi. Application of slab tracks to subways[J]. Urban Rapid Rail Transit, 2018, 31(1): 109-114. doi: 10.3969/j.issn.1672-6073.2018.01.017
[2]	刘耀强,徐庆元. 地铁预制板式无砟轨道空间力学特性研究[J]. 铁道科学与工程学报,2020,17(7): 1662-1670. doi: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20190842 LIU Yaoqiang, XU Qingyuan. Study on spatial mechanical properties of pre-cast slab track system in subway line[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2020, 17(7): 1662-1670. doi: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20190842
[3]	刘海涛,王继军,赵勇,等. 城市用减振型无砟轨道的研发[J]. 铁道建筑,2016,56(1): 59-62. doi: 10.3969/j.issn.1003-1995.2016.01.13 LIU Haitao, WANG Jijun, ZHAO Yong, et al. Research and development of vibration-damping ballastless track for urban railway[J]. Railway Engineering, 2016, 56(1): 59-62. doi: 10.3969/j.issn.1003-1995.2016.01.13
[4]	郝晓成,蔡小培,梁延科,等. 地铁减振板式轨道动力测试与减振特性研究[J]. 铁道标准设计,2019,63(7): 13-18. doi: 10.13238/j.issn.1004-2954.201808170003 HAO Xiaocheng, CAI Xiaopei, LIANG Yanke, et al. Dynamic tests and vibration reduction characteristics of vibration damping slab track in subway[J]. Railway Standard Design, 2019, 63(7): 13-18. doi: 10.13238/j.issn.1004-2954.201808170003
[5]	李浩宇,王青蕊,马瑞华. 城市轨道交通新型装配式无砟轨道施工技术研究[J]. 铁道建筑技术,2020(6): 145-148. doi: 10.3969/j.issn.1009-4539.2020.06.034 LI Haoyu, WANG Qingrui, MA Ruihua. Research on construction technology of new assembled ballastless track for urban rail transit[J]. Railway Construction Technology, 2020(6): 145-148. doi: 10.3969/j.issn.1009-4539.2020.06.034
[6]	冉丹丹,许正洪,李楠. 地铁装配式轨道板铺设施工技术研究[J]. 工程建设与设计,2018(22): 142-143,196. doi: 10.13616/j.cnki.gcjsysj.2018.11.267 RAN Dandan, XU Zhenghong, LI Nan. Research on construction technology of metro assembly track slab laying[J]. Construction & Design for Engineering, 2018(22): 142-143,196. doi: 10.13616/j.cnki.gcjsysj.2018.11.267
[7]	李奇,李兴,吴迪,等. 高性能湿接装配式长型浮置板静动力性能研究[J]. 铁道工程学报,2021,38(1): 32-36,65. doi: 10.3969/j.issn.1006-2106.2021.01.006 LI Qi, LI Xing, WU Di, et al. Static and dynamic characteristic of assembled long floating slab with high performance concrete wet joint[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2021, 38(1): 32-36,65. doi: 10.3969/j.issn.1006-2106.2021.01.006
[8]	刘伟斌,刘海涛,赵磊,等. 地铁运营条件下新型板式轨道设计研究[J]. 铁道建筑,2019,59(1): 76-80. doi: 10.3969/j.issn.1003-1995.2019.01.18 LIU Weibin, LIU Haitao, ZHAO Lei, et al. Design research on new slab-type track used in metro project[J]. Railway Engineering, 2019, 59(1): 76-80. doi: 10.3969/j.issn.1003-1995.2019.01.18
[9]	王伟华,李大成,梁延科. 城市轨道交通板式无砟轨道系统设计[J]. 铁道工程学报,2020,37(8): 41-46. doi: 10.3969/j.issn.1006-2106.2020.08.009 WANG Weihua, LI Dacheng, LIANG Yanke. Systematic design of slab track for urban rail transit[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2020, 37(8): 41-46. doi: 10.3969/j.issn.1006-2106.2020.08.009
[10]	叶军,李楠,许正洪,等. 装配式轨道板系统结构动力及减振特性研究[J]. 工程建设与设计,2018(20): 122-125. doi: 10.13616/j.cnki.gcjsysj.2018.10.254 YE Jun, LI Nan, XU Zhenghong, et al. Study on structural dynamic and vibration reduction characteristics of assembled track slab system[J]. Construction & Design for Engineering, 2018(20): 122-125. doi: 10.13616/j.cnki.gcjsysj.2018.10.254
[11]	杨秀仁,陈鹏,高亮,等. 城市轨道交通智能装配式减振轨道系统成套技术[J]. 都市快轨交通,2019,32(6): 51-55. doi: 10.3969/j.issn.1672-6073.2019.06.010 YANG Xiuren, CHEN Peng, GAO Liang, et al. Technology for intelligently assembled precast vibration damping track structure in urban rail transit[J]. Urban Rapid Rail Transit, 2019, 32(6): 51-55. doi: 10.3969/j.issn.1672-6073.2019.06.010
[12]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 钢筋机械连接用套筒: JG/T 163—2013[S]. 北京: 中国标准出版社, 2013.
[13]	翟婉明. 车辆-轨道耦合动力学（下册）[M]. 4版. 北京: 科学出版社, 2014.
[14]	李广君. 地铁B型车车体弹性变形量对车辆限界的影响研究[J]. 铁道标准设计,2016,60(6): 156-159. doi: 10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.032 LI Guangjun. Research on the impact of B-type subway vehicle body elastic deformation on vehicle gauge[J]. Railway Standard Design, 2016, 60(6): 156-159. doi: 10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.032
[15]	杨秀仁. 城市轨道交通轨道工程技术与应用[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2016.
[16]	高亮. 高速铁路无砟轨道空间精细化分析方法及其应用[M]. 北京: 科学出版社, 2020.
[17]	赵坪锐. 客运专线无碴轨道设计理论与方法研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2008.
[18]	刘克飞,刘学毅. 橡胶浮置板轨道垂向动力特性分析[J]. 铁道建筑,2012,52(8): 113-116. doi: 10.3969/j.issn.1003-1995.2012.08-32
[19]	中华人民共和国城乡住建部. 地铁设计规范: GB 50157—2013[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013.