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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