【摘要】：為探討不同軌道結構對橋梁中高頻振動的影響,在頻域內建立考慮多輪對相互影響的車輛-軌道系統(tǒng)耦合模型和橋梁有限元模型,以某城市軌道交通30 m簡支箱梁的現場動載試驗為依據,對所建模型進行驗證。在此基礎上,采用數值方法就三種軌道結構形式(埋入式軌枕、梯形軌枕以及鋼彈簧浮置板)對箱梁中高頻振動的影響規(guī)律及原因進行了探討。結果表明:"車輪-軌道系統(tǒng)"的固有頻率影響輪軌力的峰值頻段;頻率低于"鋼軌-扣件系統(tǒng)"的固有頻率時,鋼軌的動柔度受到軌道結構形式的影響;各軌道結構系統(tǒng)的固有頻率決定著力傳遞率的衰減趨勢,并在該固有頻率附近放大力傳遞率;輪軌力(外因)與力傳遞率(內因)共同決定著傳遞到箱梁上的力,從而影響箱梁中高頻振動;對于箱梁中高頻振動的減振效果而言,鋼彈簧浮置板最優(yōu),梯形軌枕次之,埋入式軌枕最差。
【圖文】：

橋梁中高頻振動的影響，以期為減振降噪設計提供依據。1車輛-軌道-橋梁系統(tǒng)頻域模型1．1輪軌相互作用及車輛模型根據文獻［14-15］，軌道不平順是引起輪軌作用力的根源，在軌道交通中，，車輛運行速度遠小于鋼軌中振動波的傳播速度，故在頻域內計算輪軌相互作用力時可采用移動不平順模型，即在車輪與鋼軌間形成相對位移激勵。在輪軌相互作用頻域模型中，可將輪軌接觸簡化為線性Hertzian接觸［1］。此時，車輪動柔度、輪軌線性接觸柔度和鋼軌動柔度聯合影響輪軌相互作用，故總的動柔度為三個動柔度之和［1］，如圖1(a)所示。輪軌相互作用力可由式(1)計算［1］:Fc=－Ｒ(αw+αc+αr)(1)式中:αw為車輪動柔度;αc為輪軌接觸彈簧柔度，αc=1/KH，KH為線性輪軌接觸剛度(如圖1(b)所示);αr為鋼軌動柔度;Ｒ為軌道不平順�？梢钥闯�，求解輪軌相互作用力的關鍵是獲取式(1)中的三個動柔度。(a)輪軌相互作用示意圖(b)車輛模型圖1理論模型Fig．1Theoreticalmodels車輛由車體、轉向架、一系懸掛、二系懸掛、輪對等重要部件構成。通常，二系懸掛頻率為1Hz左右，一系懸掛低于10Hz。本文考慮20～1500Hz的中高頻振動，故可忽略二系懸掛以上構件的影響，即僅考慮轉向架、一系懸掛以及輪對。對于轉向架，本文僅考慮其垂向自由度，不考慮轉動自由度，因此可采用1/4轉向架模型來計算車輪動柔度，如圖1(b)所示。在圖1中，Mb為轉向架質量;K1、C1為一系懸掛剛度和阻尼系數;Mw為單輪質量;KH為線性輪軌接觸剛度。利用D'Alembert原理建立轉向架、車輪兩自由度動力方程，可求得車輪在單位力作用下的位移(即動柔度)為:αw=1KM(1+iηM)+K1+iωC1?

·70·土木工程學報2017年發(fā)生作用，多個振動波的疊加將會產生相互影響［15］。振動波在中低頻范圍(20～300Hz)的衰減較高頻范圍(300～1500Hz)快，故在計算中高頻(20～1500Hz)振動時必須考慮多輪對相互作用的影響。(a)埋入式軌枕(b)梯形軌枕(c)鋼彈簧浮置板圖2三種典型的軌道結構Fig．2Threetypicaltrackstructures在城市軌道交通中，軌道結構形式多種多樣。本文探討較為常用的三種軌道結構形式:埋入式軌枕、梯形軌枕、鋼彈簧浮置板。圖2所示為三種軌道結構形式的橫截面圖。埋入式軌枕的軌道板與橋梁之間無任何減振措施，整體性好，軌道板在縱向斷開。因此，埋入式軌枕可不考慮其減振性能，在計算中將軌道板作為二期恒載施加在橋梁上�？奂χ苯幼饔糜跇蛏�，扣件間距為Dp。梯形軌枕由兩塊軌道板分別支撐鋼軌，軌道板下由減振墊(即支撐彈簧)在縱向離散支撐，兩塊軌道板在橫向每隔一段距離由鋼管連接，每塊軌道板在縱向每隔一段距離斷開。在計算時，忽略鋼管連接件的影響，僅分析半幅結構。梯形軌枕軌道板尺寸表示為LT(長)×BT(寬)×HT(高)，彈性模量為EbT，密度為ρbT。支撐彈簧剛度為KbT，內損耗因子為ηbT，縱向間距為DbT。鋼彈簧浮置板由一整塊軌道板支撐鋼軌，軌道板下由鋼彈簧在縱向離散支撐，每塊軌道板在縱向每隔一段距離斷開。在計算時考慮半幅結構，其結構計算形式與梯形軌枕類似。浮置軌道板尺寸為LF(長)×BF(寬)×HF(高)，彈性模量為EbF，密度為ρbF。支撐彈簧剛度為KbF，內損耗因子為ηbF，縱向間距為DbF。圖3車輛-軌道系統(tǒng)耦合模型Fig．3Modelofvehicle-trackcouplingsystem對于一般城市軌道交通列車來說，車輛定距(10～12m)遠


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