纵向轨枕减振垫安装误差对结构振动影响的数值分析.pdf

都市快轨交通?第26卷第5期2013年10月
土建技术
doi:10.3969/j.isn.1672-6073.2013.05.022
纵向轨枕减振垫安装误差
对结构振动影响的数值分析
安容民
(中铁十一局集团第三工程有限公司湖北十堰42012
摘要介绍纵向轨枕轨道系统,利用减振垫这一间
隔支撑结构,使轨枕浮置于混凝土整体道床之上,实现
轻量级质量一弹簧系统的构想。减振垫是纵向轨枕主
要的减振部件之一,在轨枕生产安装过程中,由于工装
手段及方法等原因减振垫所出现的倾斜等现象。采用
有限元方法建立纵向轨枕轨道结构分析模型,运用动
カ学方法对比分析减振垫倾斜度对结构振动的影响
为纵向轨枕的生产指导性能测试等提供参考,也为减
图1纵向轨枕轨道系统
振垫长期使用老化后的影响分析提供参考。
关键词纵向轨枕;安装误差;减振垫;结构振动;分析
中图分类号U213.3文献标志码A
文章编号1672-6073(2013)05-0090-03
1纵向轨枕减振垫
(a)正常安装
(b)安装倾斜
纵向轨枕轨道系统(见图1)不但充分发挥了复合
图2减振垫正常安装和安装倾斜的状态
轨道高刚度的特点,还使轨道构造具有充分的弹性。
利用减振垫这一间隔支撑结构,使其浮置于混凝士整2有限元模型
体道床之上,实现了轻量级质量一弹簧系统的构想,可2.1有限元模型的建立
在很大程度上减小结构振动和噪声,成为一种低振动、
利用 ANSYS建立钢轨一扣件一纵向轨枕一减振垫一
低噪声的轨道构造。
地基的有限元模型,如图3所示。为分析减振垫倾斜
减振垫是纵向轨枕主要的减振部件之一。在安装程度对纵向轨枕减振效果的影响,采用减振垫一侧高
过程中,由于生产安装工艺或手段等原因,可能导致部度不变、另一侧高度相对减小的模拟方法来表现其倾
分减振垫嵌入底部混凝土结构中,即沿轨道方向减振斜,并称高度不变的一侧为厚侧、高度相对减小的一侧
垫出现倾斜减振垫安装高度不一致等现象(见图2)。为薄侧,其厚度设为xmm(见图4)。
笔者采用有限元方法建立纵向轨枕轨道结构分析模型,
采用瞬态动力学的方法分析列车在2轴移动恒定轴载作
用条件下减振垫倾斜对轨道结构振动特性的影响,为
制定纵向轨枕生产安装的工艺要求提供参考依据。
收稿日期:2013-02-20修回日期:2013-03-21
作者简介:安容民,男,工学硕土,桥隧工程专业高级工程师,
图3纵向轨枕轨
图4减振垫发生倾
smallrobert@126.com
道有限元模型
斜的有限元模型
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纵向轨枕减振垫安装误差对结构振动影响的数值分析
2.2荷载施加
纵向轨枕与纵向轨枕之间没有类似浮置板轨道当
中剪力铰的连结设备,笔者建立的有限元分析模型主
要考虑减振垫倾斜状态对纵向轨枕垂向振动的影响,
因此试驾荷载仅考虑移动垂向力。荷载取单个转向架
2轴的移动荷载,固定轮质量为65kN,移动速度为
(a)钢轨、轨枕的分析节点(b)基础的分析节点(两减振垫中间)
20m/s(等价于72km/h)。设本模拟中不考虑不平顺的
图5钢轨、轨枕和基础分析节点位置
影响。
为分析减振垫倾斜程度对减振效果的影响,读取
计算所设纵向轨枕单元长度为6m,模拟计算中将各工况条件下钢轨、轨枕和基础上分析节点的垂向加
荷载按照空间位置的关系分别作用在有限元分析模型速度值进行1/3倍频评价,得出响应的振动加速度级。
的左右轨上,采用全瞬态动力学计算方法,时间步长取将不同工况下钢轨、轨枕和基础的加速度振级曲线绘
0.0025s,采用坡道载荷加载,子步数为2步。
制于同一张图中,结果分析如图6~图8所示。
在边界条件的设定上,左右钢轨两端采用位移边
界对其所有自由度进行约束,弹性地基下表面采用位
工况1工况2
工况3
工况4
移边界对其垂向位移进行约東;由于采用全瞬态的方
工况5
法进行计算,系统的阻尼采用比例阻尼形式,Q=0.2,
B=0.0002。计算模型的单元类型和材料参数见表1。
为了分析减振垫安裝倾斜时,对轨枕系统振动特
性的影响,选取5组不同的x值,计算分为5个工况,如
80
表2所示。
5812.52031.55080125200315
率
表1模型的单元和材料参数
材料参数
图6钢轨振动水平1/3倍频曲线
部件单元类型
密度/(kg/m3)弹性模量/CPa泊松比
钢轨 Beam88
7830
210
0.25
ー工况1
工况3工况4
轨枕 Solid45
2500
38
0.25
减振垫 Solid45
1830
4.95×1
0.4
基础 Solid45
2000
18
0.25
地基 Solid45
2000
65x10-3
剝号长
扣件 Combind4
刚度60kNmm;阻尼75000Ns/m
5812.52031,55080125200315
表2计算工况
频率/Hz
厚侧厚度/mm
薄侧厚度/mm倾斜角度/(°)
图7轨枕振动水平1/3倍频曲线
工况1
25
1.432
工况2
2.862
况1-工况
工况3
工况4
工况3
4.289
工况
工况4
5.711
工况5
7.125
3数值计算结果分析
40
选择轨枕纵向1/2断面处钢轨、钢轨正下方的轨
812.52031.55080125200315
枕表面及混凝土基础表面的节点作为混凝土基础振动
分析节点,如图5所示。
图8基础振动水平1/3倍频曲线
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