熊永亮，许永富，王 博

(1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海 200000)

（2.宁波市轨道交通集团有限公司，浙江 宁波 315000）

（3.浙江天铁实业股份有限公司，浙江 台州 331000)

作者简介：熊永亮（1995—），男，硕士研究生，主要研究方向为轨道结构减振降噪，yongliangxiong@.

摘要：鉴于轨道结构的多样性以及轨道结构参数变化导致的轨道结构振动频率特征的复杂性，建立了单轮对轮轨耦合有限元模型，分析了扣件垂向刚度变化对整体道床、隔离式减振垫浮置板以及钢弹簧浮置板轨道振动的影响，此外还分析了板下支座刚度变化对两种浮置板轨道结构振动的影响。结果表明：增大扣件刚度，3种轨道结构在50.00 Hz以下频率段的振动加速度级变化差异较大，100.00~200.00 Hz频率段内的振动加速度级均增强；增大支座刚度，钢弹簧浮置板工况下的道床和隧道壁振动加速度级变化幅度较大，其中道床振动加速度级减小最为明显。

关键词：轨道结构；有限元；扣件刚度；支座刚度

中图分类号：U211.3 文献标识码：A 文章编号：2095-509X(2020)05-0072-05

近年来，随着我国城市发展进程的加快，轨道交通愈加成为城市交通制式的不二选择。城市轨道交通的主要形式为地铁，其运营时对周围环境产生的振动影响引起了人们的广泛关注。马龙祥等通过建立薄片有限元-无限元耦合模型分析了地铁运营引发的环境振动响应，发现列车运营引发的纵向振动响应具有同横向、垂向响应相当的量值；刘鹏辉等通过对北京某地铁线路内普通道床、III型轨道减振器、弹性短轨枕、梯形轨枕、钢弹簧浮置板等轨道结构的现场测试，发现梯形轨枕、弹性短轨枕、轨道减振器对50 Hz以上的振动减振效果明显，钢弹簧浮置板道床对12.5 Hz 以上的振动减振效果明显，对控制列车运行产生的二次噪声更有效。大量学者通过实测、建模等方法研究了多种轨道结构的振动特性，为我国轨道交通的发展提供了大量宝贵的参考资料及建议，但针对不同轨道结构在实际运用过程中参数变化导致的轨道结构及隧道振动变化情况的研究较少。我国城市轨道交通轨道结构的多样化，使得每次改造的成本巨大，因此有必要对不同轨道结构参数变化对轨道结构及隧道振动的影响进行研究。本文选择整体道床、隔离式减振垫浮置板轨道、钢弹簧浮置板轨道这3种常用的轨道结构，采取有限元仿真方法模拟多种工况，对参数变化产生的影响进行研究分析并作对比，以为轨道线路设计或线路改造提供更多的参考依据。

1 单轮对轨道有限元模型

1.1 单轮对模型

考虑到计算成本，本文采用单轮对轨道有限元模型，该模型为纯数值模型，可在时域内进行运算，模型中任意测点的时域振动信号都可以输出。为真实模拟轮轨间的相互作用，车轮和钢轨都采用实体单元，钢轨与轨道板之间的扣件连接考虑为线性问题，即连接部件满足胡克定律，采用弹簧阻尼单元。对于整体道床，道床板与道床基底设置为绑定约束，力可直接传递到隧道及土层，而两种浮置板轨道的力则分别通过板下橡胶垫和钢弹簧传递至道床基底，板下橡胶垫采用实体单元，钢弹簧采用弹簧阻尼单元。