减振原理在城市高架轨道交通中的应用

1、减振原理在城市高架轨道交通中的应用摘要:从高架轨道振动产生的原因及减振的根本原理入手,分别从轨道构造、桥梁构造、周围的建筑物三个方面,讨论如何利用减振原理减小高架轨道交通中振动对周围环境的影响,并对将来城市高架轨道的开展提出了建议,以使城市高架轨道交通真正走上可持续开展的道路。关键词:高架轨道,减振原理,减振措施随着中国经济的迅猛开展,城市规模的扩大,私家车数量的增加,城市车满为患,交通拥堵状况日益严重。尤其是2022年奥运会将在北京举办,届时将会有大批的运发动和游客涌入中国,城市交通将承受更严峻的考验。因此,解决城市交通拥堵问题已成为政府的当务之急。轨道交通与其他交通工具相比,具有快捷、运输

2、量大、平安可靠等优势,在解决城市交通拥堵问题时,它成为许多大城市优先开展的公共根底设施。然而,轨道交通在解决交通拥堵的同时,由于轮轨之间的撞击、车辆设备等产生的振动对周围环境产生极其不利的影响,特别对沿线居民的生活和工作影响宏大,这在一定程度上制约了轨道交通的开展。随着人们生活程度的进步,对环境要求也越来越高,城市轨道交通要走可持续开展的道路,就要解决振动对环境的影响。文中从城市轨道交通振动产生的原因入手,讨论如何利用减振技术减小振动对周围环境的影响。1高架轨道振动产生的原因城市高架轨道交通中,引起振动的原因主要有以下几个方面2:机车本身的动力作用;机车和车辆以一定速度通过时的动力作用;轨道不

3、平顺,以及钢轨顶面不均匀磨耗;车轮安装偏心产生的连续不平顺,以及车轮踏面不均匀磨耗引起的单独不平顺。轮轨之间的振动经过轨枕、道床,传递至桥梁根底,再传递给地面,从而对周围区域产生振动,并进一步传播到周围建筑物。其影响因素主要有列车速度、车辆重量、桥梁构造类型和根底类型、桥梁跨度、刚度、挠度等,列车与桥梁的动力互相作用也会加大振动作用。2减振的根本原理减振控制的根本原理是在构造构件之间或建筑物与根底之间设置减振装置,通过减振装置的耗能特性,减小振动能量向周围环境的传递,到达减小振动对周围环境影响的目的。下面以根底隔振体系为例,说明减振的根本原理3。如图1所示,图1中xg为地面竖向位移;xs为上部

4、构造竖向位移;ds为上部构造与地面之间的相对位移;为上部构造质量;k为隔震装置的竖向刚度;为隔震装置的阻尼。根据图1,可以得出振动下构造体系的运动方程:转换函数h()的物理意义为振动时隔震构造加速度与地面加速度的比值。它说明隔震构造对地面振动加速度的衰减效果。现定义ra为隔震构造的加速度反响衰减比:从式(4)中可以看出,如构造所在的场地频率为,通过合理选取隔震装置(其固有频率n,阻尼比),控制隔震构造的加速度反响衰减比ra,到达最正确的减振效果。3减振措施的应用3.1轨道构造减振措施采用减振设计的新型轨道构造,利用构造的特殊构造,通过弹性构件的耗能作用,可有效降低列车运行时引起的振动,新型轨道

5、构造主要有以下几类。3.1.1浮置板式轨道构造浮置板式轨道构造是由整块钢筋混凝土板和支撑它的弹性元件组成。常用的弹性元件有橡胶垫,玻璃纤维垫及阻尼弹簧隔振器等。弹性元件厚度约40,钢筋混凝土板“副在基面上的,列车运行产生的高频振动,透过隔振器减为低频,振动幅度明显减弱,在所有减振降噪型轨道构造中,浮置板轨道构造具有最好的减振降噪效果。据联邦德国有关部门测试,有道碴下垫层和浮置板式的轨道构造其阻尼效应可减振达30db,且在垂直荷载20%100%变化范围内其隔振的效果几乎保持不变。3.1.2lvt无碴轨道构造lvt无碴轨道构造(弹性支承块式)是普通支承块的改进形式,即在支承块下加设弹性橡胶套。橡胶

6、套的设置使轨道沿纵、横向发生弹性变形,使这种无碴轨道在承载、动力传递和能量吸收等方面更接近坚实根底上的碎石轨道,使列车引起的振动降低到最校由于lvt的减振降噪效果较为明显,因此,城市轨道交通中对振动和噪声敏感的地段,特别是高架构造,弹性支承块式无碴轨道构造是一种比较理想的选择方案。3.1.3有碴轨道加设减振件构造这种构造是在有碴轨道上加设减振扣件5(主要有j-2型、dt型、j-4型及lgne-egg弹性扣件),减振扣件应具有一定的扣压力、必要的弹性和相应的可调才能。轨道减振器扣件的垂直刚度较低,而且不过度牺牲钢轨的横向稳定性。对于有碴轨道,其减振程度为10db15db,当振动频率较高时可减振2

7、5db。上海、新加坡、德国科隆地铁采用了轨道减振扣件,减振效果显著,能有效地减少对周围环境的干扰。3.2高架桥梁的减振措施采用减振支座(主要有普通橡胶支座、叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座等)是高架桥中减少振动的有效措施。通过调整减振支座的刚度,从而控制构造的振动频率和周期,避开列车运行引起的竖向振动频率,到达减振的效果。工程理论中采用减振支座的桥梁,其自振周期明显增大,竖向变形增加,加速度反响衰减比可到达0.10.3。3.3周围建筑物的减振措施高架轨道周围的建筑物受列车振动的影响,随建筑物距钢轨间隔 的增加而衰减,在距钢轨25处,振动几乎衰减到零,在此间隔 之外,列车振动对建筑物已无明显影响。高架

8、轨道周围的建筑采用减振措施主要针对距高架轨道25以内的建筑物。对于已有的建筑,可以在建筑和高架轨道之间通过挖减振沟和设隔振墙等设置隔振屏障,只要沟的深度和墙的板质、厚度、深度适宜就可以获得理想的减振效果。4建议人们物质生活进步的同时,对环境质量的要求也越来越高,高架轨道交通产生的振动也越来越引起人们的高度重视。减小振动,改善居民环境,已成为高架轨道交通开展必须解决的课题。因此,应对振动的各方面因素进展综合研究,加大科研资金的投入,加大新型减振技术和产品的开发力度。另外,政府部门在修建高架轨道时,应从全局出发,充分考虑交通和环境的协调开展,这样,城市高架轨道交通才能真正走上可持续开展的道路。参考文献:1刘枫,高日.城市高架轨道交通体系振动与噪声控制j.噪声与振动控制,2000(4):32-35.2雷晓燕.铁路轨道构造数值分析方法.北京:中国铁道出版社,1998.29-30.3周福霖.工程构造减振控制.北京:地震出版社,1997.40-41.4huak.h,lk.andkh.g.(1997).“perfranefur-banrailtransitsyste:vibratinandnisesystej.jurnalfperfranefnstrutedfailities,67-75.5练松良,刘加华.