阻尼钢弹簧浮置板轨道结构隔振性能分析

    钢弹簧浮置板轨道结构的固有频率较一般轨道结构形式更低，可以有效地过滤或衰减高频的外界激振，因此具有良好的减振降噪性能[1]。本文通过建立阻尼钢弹簧浮置板轨道结构空间三维模，针对不同的设计参数、激振频率，研究了阻尼钢弹簧浮置板轨道结构的动力传递特性和自身隔振性能，可为今后浮置板轨道结构设计提供理论依据。

    1 阻尼钢弹簧浮置板轨道动力模型

    浮置板轨道结构模型如图1，从上到下依次为钢轨、轨下扣件、浮置板、隔振器、基底和弹性地基。钢轨简化为无限长Euler梁，轨下扣件处理为离散的弹簧，浮置板视为有限长自由梁，浮置板下的钢弹簧隔振器简化为离散的弹簧，基底和弹性地基处理为无限长弹性地基梁[2]。考虑隧道结构质量对基底振动的影响，在模型中将隧道管片的部分质量附加给基底。

    整体道床轨道结构模型如图2，从上到下依次为钢轨、扣件、道床和弹性地基，钢轨通过扣件直接连接于道床。整体道床模型对钢轨、扣件、道床和弹性地基的处理与浮置板轨道结构模型相同，仅部分参数存在差别。

    2 计算参数设置

    浮置板：弹性模量E=32 GPa ；泊 松 比μ=0.167 ；容重为 2 775 kg/m3。

    扣件：刚度 K=40 kN/mm ，

    Fig 2 Track structure model of the overall track bed

    阻尼取：7.5×10⁴N⋅s/m 。

    钢轨：质量m=60 kg/m ；截 面 面 积A=77.45 cm²； 截 面 惯 性 矩 Iz=3 217 cm4Iy=524 cm4；弹性模量E=210 GPa；泊松比μ=0.2 。

    谐响应分析中设定的分析频率为0 ~ 500 Hz，荷载取样间格为250。

    加载作用力按如下假设加载[3]。

    假设地铁A型列车在平直轨道上运行，行车速度为 60 km/h 。由于轮轨之间的动力效应，导致作用在轨道上的动轮载要比静轮载大。动轮载 Pd与静轮载 P 之差称为轮载的动力增值，与动轮载的比值称为轮载增值系数[4]。这个系数随行车速度的增加而增大，因此，通常称为速度系数，用 α 表示即

α=( P)d-P P （1-1）

    则可求得动轮载为：

Pd=(1 +α )P （1-2）

    式中 速度系数 α= 0.6 ν 100 。

    式（1-2）仅适用于行车速度 ν≤120 km h 的情况，本文列车行车速度取为 ν=60 km h 。A型车轴重为16 000 kg，则其静轮载

P=16 2 =8 000 kg ；

    代入（1-2）式得

Pd=10 880 kg