城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法技术

一种城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法，所述方法应用ABAQUS软件建立板式减振轨道纵横垂三维耦合精细化静力学分析模型进行结构稳定性的静力学分析，应用FORTRAN自编程序建立地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析模型进行系统的模态分析、谐响应分析以及瞬态分析，计算得到不同板式减振轨道结构型式下的轨道系统自振频率、钢轨垂向振动位移和加速度、轨道板垂向位移和振动加速度、基础垂向位移和振动加速度。由此，本发明专利技术从轨道系统稳定性及减振效果方面，对轨道结构设计进行优化，将完善的轨道交通板式轨道技术应用到工程中，减振效果好、轨道平顺性好、便于养护维修，对今后的工程建设在技术上具有指导意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及城市轨道交通的
，尤其涉及一种城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法。
技术介绍
城市轨道交通作为一种公共交通，在缓解城市交通压力和促进城市化发展中起着至关重要的作用。目前，中国已成为世界上城市轨道交通发展最迅速的国家。然而，城市轨道交通在为乘客出行提供极大方便的同时，也引发了环境振动、施工速度、施工质量、运营噪声以及养护维修等诸多问题。国内城市轨道交通现阶段建设工期紧张，整体铺轨施工技术素质尚待提高，多数减振措施对施工精度要求很高，而且使用过程中易出现轨道几何形位不良、平顺性较差等病害。在国内城市轨道交通快速发展的大环境下，设计、施工、养护等各环节上出现的诸多问题，使我们不得不对城市轨道交通轨道结构设计参数、产品材料性能、施工方法进行全面的反思。因此，改变城市轨道交通传统的设计、施工及养护维修方式，逐渐向高速铁路的高标准、高精度等方向靠拢，从而提高城市轨道交通线路质量已迫在眉睫。采用理论分析模型对减振措施进行评估是一种新兴的分析手段。随着计算机技术的发展，计算速度不断提高，结构分析相关的计算软件已经得到广泛应用，但针对城市轨道交通减振轨道减振性能的计算手段还不成熟。因此，将现有软件与自编程序相结合进行板式减振轨道结构系统力学性能及减振效果的分析评估势在必行。为此，本专利技术鉴于上述缺陷，提出一种城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法，从轨道系统稳定性及减振效果方面对轨道结构进行优化设计，为新型减振轨道产品的研发提供分析手段。
技术实现思路
本专利技术的目的：提供一种城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法。通过对轨道结构在列车荷载作用下的受力、变形等静力特性分析和模态、谐响应及瞬态等动力特性分析，从轨道系统稳定性及减振效果方面对轨道结构进行优化设计，提出适宜的结构方案及合理参数。为解决上述问题，本专利技术公开了一种城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法，其特征在于：所述方法应用ABAQUS软件建立板式减振轨道纵横垂三维耦合精细化静力学分析模型进行静力学分析，应用FORTRAN自编程序建立地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析模型进行系统的模态分析、谐响应分析以及瞬态分析，计算得到不同板式减振轨道结构型式下的轨道系统自振频率、钢轨垂向振动位移和加速度、轨道板垂向位移和振动加速度、基础垂向位移和振动加速度。其中，对钢轨、轨道板、基础的振动加速度进行计算得到其振动加速度级，不同板式减振轨道结构型式条件下基础的各频率响应越小，说明该频率下减振性能越好。计算不同板式减振轨道结构型式条件下的基础振动加速度级与没有减振措施的轨道的基础振动加速度级的差值，差值越大，说明系统减振效果越好。利用静力分析模型计算列车荷载作用下板式减振轨道结构的应力、应变，对不同板式减振轨道结构型式条件下的各项静力计算指标进行排序，数值越小，结构受力及稳定性越好。从静力、动力两方面，实现了城市轨道交通板式减振轨道结构的选型。其中：所述应用ABAQUS软件建立板式减振轨道纵横垂三维耦合精细化静力学分析模型，将钢轨用梁单元离散，轨道板、橡胶垫及下部基础均采用实体单元模拟，扣件系统采用线性弹簧-阻尼单元模拟。其中：应用FORTRAN自编程序建立地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析模型，该模型包括地铁车辆模型、板式减振轨道模型、下部基础模型及轮轨相互作用模型，所述地铁车辆模型为多刚体模型，所述减振轨道模型和下部基础模型为有限元模型，所述轮轨相互作用模型采用赫兹接触理论并作非线性修正。其中：所述地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析模型采用模态分析方法计算系统的自振频率，获得各阶自振频率下轨道系统的振型，自振频率越小，减振效果越好。其中：所述地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析模型采用谐响应分析方法计算系统在不同频率荷载作用下钢轨、轨道板、基础等结构的位移导纳、加速度导纳，分析不同减振工况下轨道结构振动传递特性，定性分析不同减振措施的减振效果，得到减振的频率范围。其中：所述地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析模型采用瞬态动力分析方法对车辆-轨道系统减振效果进行定量研究，模拟地铁车辆在减振轨道上运行过程，得到该过程中基础振动响应，通过对比分析不同减振工况的振动响应，实现对减振措施及相关参数的逐步优化。其中：所述板式减振轨道纵横垂三维耦合精细化静力学分析模型计算不同结构参数及限位结构的板式减振轨道结构受力、变形，对比分析得到板式减振轨道结构型式。通过上述结构可知，本专利技术的城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法，通过建立城市轨道交通板式减振轨道静动力仿真分析模型，对不同工况下轨道系统的静动力特性进行分析，从轨道系统稳定性及减振效果方面对轨道结构进行优化设计，最终得出城市轨道交通板式减振轨道结构减振效果及选型方法。本专利技术的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。附图说明图1为城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法的具体示意图。图2为减振轨道空间耦合模型纵断面图。图3为减振轨道空间耦合模型横断面图。图4为减振轨道传递特性分析模型。图5为地铁车辆模型。图6为地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析模型。图7为减振轨道基础振动加速度导纳图。图8为减振轨道的插入损失图。图9为不同板厚下基础振动加速度导纳图。图10为减振轨道橡胶垫不同铺设方式时不同橡胶垫刚度下基础振动加速度导纳图。具体实施方式本专利技术的结构框图如图1所示。本专利技术提供一种城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法。该方法基于建立的空间耦合模型对城市轨道交通板式减振轨道结构体系进行静动力学分析，模型包括应用FORTRAN自编程序建立地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析模型和应用ABAQUS软件建立的板式减振轨道纵横垂三维耦合精细化静力学分析模型。所述建立的空间耦合有限元模型中轨道参数取值如下：钢轨为60kg/m；扣件垂向刚度为k＝5×107N/m，纵横向水平刚度均为k＝7.5×107N/m；轨道板尺寸为3.6m×2.2m×0.33m，采用C50混凝土；选择刚度较小的USM2020橡胶垫；地铁车辆采用B型车。图2、图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法，其特征在于：所述方法应用ABAQUS软件建立板式减振轨道纵横垂三维耦合精细化静力学分析模型进行静力学分析，应用FORTRAN自编程序建立地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析模型进行系统的模态分析、谐响应分析以及瞬态分析，计算得到不同板式减振轨道结构型式下的轨道系统自振频率、钢轨垂向位移和振动加速度、轨道板垂向位移和振动加速度、基础垂向位移和振动加速度。

【技术特征摘要】
1.一种城市轨道交通板式减振轨道结构分析选型方法，其特征
在于：所述方法应用ABAQUS软件建立板式减振轨道纵横垂三维耦合
精细化静力学分析模型进行静力学分析，应用FORTRAN自编程序建
立地铁车辆—减振轨道—下部基础纵横垂三维耦合精细化振动分析
模型进行系统的模态分析、谐响应分析以及瞬态分析，计算得到不同
板式减振轨道结构型式下的轨道系统自振频率、钢轨垂向位移和振动
加速度、轨道板垂向位移和振动加速度、基础垂向位移和振动加速度。
2.根据权利要求1所述的分析选型方法，其特征在于：通过自
编程序对钢轨、轨道板、基础的振动加速度进行计算得到结构的振动
加速度级，不同板式减振轨道结构型式条件下基础的频率响应越小，
说明该频率下减振性能越好。计算不同板式减振轨道结构型式条件下
的基础振动加速度级与没有减振措施的轨道基础振动加速度级的差
值，差值越大，说明系统减振效果越好。利用静力分析模型计算列车
荷载作用下板式减振轨道结构的应力、应变，对不同板式减振轨道结
构型式条件下的各项静力计算指标进行排序，数值越小，结构受力及
稳定性越好。从静力、动力两方面，实现了城市轨道交通板式减振轨
道结构的选型。
3.根据权利要求1所述的分析选型方法，其特征在于：所述应
用ABAQUS软件建立板式减振轨道纵横垂三维耦合精细化静力学分
析模型，将钢轨用梁单元离散，轨道板、橡胶垫及下部基础均采用实
体单元模拟，扣件系统采用线性弹簧-阻尼单元模拟。
4.根据权利要求1所述的分析选型方法，其特征在于：应用

\tFORTRAN自编程序，建立地铁车...

【专利技术属性】
技术研发人员：高亮，杨秀仁，辛涛，钟阳龙，张琦，梁淑娟，陈鹏，曲村，
申请(专利权)人：北京交通大学，北京城建设计发展集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11