轨道交通高架箱梁振动特性模型试验研究

发布时间：2020-02-21 03:25

【摘要】：在轨道交通建设当中,高架线路由于占地面积少及工后沉降小等优点广泛运用于各大交通主线中。但也因此带来相应的问题,相比于普通线路高架线路对沿线产生的噪声有着明显的增加,相关研究表明,其增加量最高可达20dBA。从而给沿线居民的生活带来严重的影响,以致受到大量居民投诉。若任其发展,日后必会对铁路的发展形成制约,因此,深入研究高架线路产生噪声的机理并制定相应对策降低噪声大小是非常有必要的。高架线路噪声来源主要有轮轨噪声、空气动力噪声及桥梁结构振动噪声,本文以桥梁结构振动噪声为切入点,采用模型试验方法对高架箱梁振动特性进行研究。模型试验以京沪高铁32m高架简支箱梁为原型,制作10:1缩尺模型为试验对象。论文的主要研究内容及所得结论如下:(1)利用量纲分析法确定本模型实验的相似关系,并根据推导所得的相似关系确定试验最终采用灌浆料制作缩尺模型。确定制作材料之后,开始进行缩尺模型制作,这一过程包过确定缩尺模型截面尺寸、进行截面配筋设计、缩尺模型模板制作及模型浇筑一系列的工作,并制作缩尺桥墩用于支撑缩尺模型,以及设置相应的支座连接桥墩与梁体,最后完成整个高架箱梁缩尺模型的成型。从整个缩尺模型的制作过程说明灌浆料作为桥梁缩尺模型的制作材料是合适的。(2)利用有限元软件建立高架箱梁原型有限元模型,分别进行模态分析及谐响应分析。从模态分析结果发现高架箱梁无论是在有约束或是无约束状态得到的前30阶模态频率值都在70Hz以内,说明高架箱梁的振动以低频为主。谐响应分析结果表明,振动在高架箱梁中由顶板传递至箱梁其他部位时,振动衰减情况不仅与所传递至的部位有关,同时也随对应频率变化而变化;从纵向传递结果来看,振动由跨中传递至端部时,端部振动会有所增加。同时,为验证高架箱梁原型与缩尺模型在有限元计算环境中两者的振动特性是否符合相似关系,建立高架箱梁缩尺模型有限元模型进行模态及谐响应分析。对比两者结果表明两者振动特性基本符合相似关系,尤其是模态对比发现分析所提取的30阶模态频率值误差基本都在0.1%以内,说明有限元计算环境中原型与模型在振动特性方面具有较高的相似性。(3)测试高架箱梁缩尺模型自由边界条件下的自由模态,实验通过预实验分析确定布点位置,采用激振器法进行识别,共识别出6阶模态分别对应有限元自由模态的第1、2、3、5、7、8阶模态。有限元结果与测试结果进行相关性分析表明,前两节模态的MAC值在90%以上,第5阶模态的MAC值较低在58%左右,说明本试验模型的正确性以及与原型之间的在模态方面具有一定的相似性。约束模态测试结果与有限元结果对应的模态偏差较大,说明有限元中采用梁单元模拟高架箱梁支座具有一定的局限性。(4)测试高架箱梁缩尺模型在橡胶垫块支撑下的加速度导纳表明,振动由顶板传递至箱梁其他部位的振动衰减量与对应的频率大小有关,但表现出的变化趋势与有限元分析结果不一致,进一步说明有限元中对支座的模拟还有待优化。对箱梁缩尺模型在不同刚度支撑下的加速度导纳测试结果显示,在300Hz以内刚度值的变化对振动影响较小,300Hz以上频率段结果显示,橡胶垫块的刚度值对箱梁缩尺模型振动的影响会随着频率的变化而变化且与支撑垫块面积大小有关。
【图文】：

高架箱梁缩尺模型作为本实验的实验对象，缩尺模型的制作应该参照原型进行，以确保试验的正确性。本章首先介绍原型箱梁的一些概况，然后介绍本实验缩尺模型的制作过程，这一过程包过：模型桥制作材料的选择、模型桥截面设计、模型桥截面配筋及模型桥的浇筑及成型。3.1 高架箱梁原型概述本试验所用的缩尺模型是以京沪高铁 32m 箱梁作为原型，按照原型尺寸的 10:1 比例进行设计制作的。京沪高铁全线总长约 1318km，其中桥梁结构的总长约为 1140km，占全线总长的 86.5%。在京沪高铁建设过程中，为了加快施工进度桥梁大多采用预制的预应力钢筋混凝土双线整孔箱梁，结构形式主要有简支梁和连续梁两种。其中简支梁大多为预制，根据长度分为 24m 和 32m 两种，而大部分都采用 32m 简支梁进行铺设。当然这不仅是京沪高铁线路如此，在其他很多线路及城市高架线路建设过程中也是如此，因此选择 32m 简支箱梁作为研究对象其研究成果更具代表意义。图 3-1 为京沪 32m 箱梁的截面尺寸。

最后利用灌浆料试块在承受压力时，应力应变关系遵循胡克定律的原理确定灌浆料的弹性模量，图3-2（b）为弹性模量实验过程。（a） 抗压实验 （b） 弹性模量实验图 3-2 灌浆料试块实验Fig.3-2 Test Piece of Grouting Material实验结果：测得灌浆料抗压强度值为：42.82Mpa，弹性模量值为：30Gpa。2.灌浆料密度确定灌浆料密度确定方法，，通过称重 6 块立方体试块及 6 块棱柱体的质量，再利用质量、体积及密度之间的关系得到 12 组数据如表 3-1 所示，再求其平均值作为灌浆料的密度，最终得到其密度为：2203.7kg/m3。
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U441.3;U446.1

【参考文献】

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1 金莉;李国锋;;京沪高速铁路(京徐段)跨线桥梁设计概述[J];铁道标准设计;2015年11期

2 李小珍;刘全民;张迅;张志俊;;铁路高架车站车致振动实测与理论分析[J];西南交通大学学报;2014年04期

3 胥民尧;;城市轨道交通高架桥梁型及工法研究[J];重庆建筑;2014年05期

4 刘卫丰;刘维宁;马蒙;李克飞;王文斌;;地铁列车运行引起的振动对精密仪器的影响研究[J];振动工程学报;2012年02期

5 邓玉姝;夏禾;善田康雄;井上宽美;齐琳;;城市轨道交通梯形轨枕轨道高架桥梁试验研究[J];工程力学;2011年03期

6 魏鹏勃;夏禾;陈建国;姚锦宝;夏超逸;;高架轨道交通引起的地面振动理论与试验研究[J];工程力学;2009年10期

7 刘庆杰;雷晓燕;许士强;吕绍棣;;高架轨道系统诱发环境振动的实测与数值分析[J];铁道工程学报;2008年05期

8 范征;赵启儒;;轨道交通高架区间桥梁结构选型的探讨[J];铁道标准设计;2006年12期

9 蒋通,张昕;高架轨道交通引起环境振动的实测与数值模拟[J];同济大学学报(自然科学版);2004年05期

10 曾庆元,杨平;形成矩阵的“对号入座”法则与桁梁空间分析的桁段有限元法[J];铁道学报;1986年02期

本文编号：2581507