强度与振动

地铁振动及控制措施
Vibration and Control Measures of Subway
地铁的发展现状
• 目前,中国的北京、天津、香港、上海、广 州、深圳等城市都有了地铁,许多城市的地 铁也在紧锣密鼓地修建之中。因为地铁的 舒适、快捷和便利,成为人们出行的重要交 通工具,地铁也就成为了许多城市交通的重 要组成部分。
• 轨道减振器
• 北京、广州、上海三城市的地铁还分别采用了轨枕靴、科龙蛋及改进 型科龙蛋轨道减振器。其中轨枕靴的减振效果最优,可达19 dB ;其次 为改进型科龙蛋,减振7～8 dB ;科龙蛋减振值为3～5 dB。科龙蛋扣件 为一种全弹性分开式、高压缩剪切型橡胶减振扣件,改进型科龙蛋扣件 采用ω’弹条、轨距垫等与DTIII 型扣件相同;广州科龙蛋扣件采用ω’弹 条、轨距垫等与DTVI 型扣件相同;2 种减振器的型式及尺寸均相同,仅 承轨板因采用不同弹条而不同。
地铁振动的传播
• 地铁振动产生的是纵波、横波、表面波合成的复杂波动现 象, 其传播形态也较为复杂。根据已有的研究成果, 近场的 振动波型主要以弯曲波形式传播, 远场主要以表面波形式 传播。振动的传播途径是从轨道传到轨道扣件和道床, 再 传递到隧道和岩土, 从而引发附近地面建筑物的振动。 ( 1) 地铁列车运行时, 在振动振源的频率分布上,以人体反 应比较敏感的低频为主, 其中50~ 60 Hz 的振动强度较大; • ( 2) 振动传播过程中,振动随着距轨道水平距离的增加而衰 减。高频分量随距离衰减较快, 低频部分衰减较慢; 水平向 振动比铅垂向振动衰减得快。因此, 对地面及建筑物的影 响主要是铅垂方向振动; • ( 3) 振动的频谱随距离而改变, 地铁振动最大值对应的频 率在10~ 30 Hz范围内;
• 一些二线城市已经开始建设，但是，轨道 交通建设周期长、工程量大、投资巨大、 占用土地面积大。地下铁道是城市现代化 的交通运输工具,和公共电汽车相比,具有运 量大,速度快、安全可靠、时间准确的优点, 已成为解决城市交通拥挤、噪声和大气污 染的一项可行性措施。另一方面,地下铁道 产生的振动与噪声,也是世界各国地铁普遍 存在的一个值得重视的问题。
地铁振动控制措施及效果
• 目前我国地铁的振动控制主要 采取弹性扣件、浮置板道床等 措施。各种措施效果如下。 • 轨道扣件 • 北京地铁已采用的扣件型式主 要有:DTI、DTIV、DT2 VI ;上 海采用DTIII ;广州采用单趾弹簧。 各种既有扣件相对于最早使用 的DTI 型扣件的减振效果见图。 大部分改进后的扣Biblioteka Baidu可降低振 动2～9 dB 。右图 不同扣件 减振效果( v = 60 km/h)
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道床
道床广州地铁率先采用橡胶 浮筑板道床,经实测该种道相对 于普通整体道床的加速度级减 振效果约13～15 dB ,但对于f < 50 Hz 频率范围内的振幅降低 不明显,因此对应于人体感觉敏 感的振动频率( f = 1～80 Hz) , 其计权振动级减振效果较低。 (见表) 。因此应用时应注意低 频的减振效果。
地铁振动产生机理
• 地铁列车在轨道上行 驶时,由于车轮偏心,车 轮与道岔、钢轨的碰 撞以及线路不平顺等 原因,引起车轮的振动, 经钢轨→扣件→轨枕 →道床→隧道结构→ 围护地层传至地面及 建筑物, 右表 列出了影响地铁振 动源的主要参数。
表 数 1 列车 列车主要悬挂刚度及阻尼; 轮对、转向架和车体质量; 列车运行速度;车轮运行表 面条件 2 轨道 轨道运营表面条件;轨道质 量、刚度和阻尼;轨道曲率 半径;钢轨紧固件间隙 3 隧道隧道结构尺寸和形状; 单位结构质量;埋深 地铁振动的主要影响参
列车速 度km/h
振动加速度 级插入损
30 60
14.1 15.1
Z计权振 级 插入损 失 13.3 1.2
结论
• (1) 我国地铁振动源可将隧道视为整体振源,其频谱特性以f = 80～1 000 Hz的频率为主,不同隧道结构及地质条件,其 隧道壁处的振动值不同。当隧道埋深为9～16m ,列车运行 速度为60 km/h 情况下,我国地铁隧道壁处的垂向Z振级为 75～110 dB。 • (2) 不同地质条件对环境振动传播特性影响较大。当地铁 列车在区间以时速v = 50～70 km/h 运行时,距离隧道中心 线10～50 m范围内可达到GB10070 - 1988《城市区域环 境振动标准》中居住区域标准限值的要求。 • (3) 我国地铁既有振动控制措施主要采用弹性扣件、轨道 减振器、浮置板道床等措施。其中浮置板道床减振效果最 佳,其次为轨道减振器,各种弹性扣件减振效果也可达2～9 dB。
• ( 4) 地铁列车对临近建筑物的振动影响范围不超 过100 m, 此范围外的建筑物振动可忽略不计。具 体影响范围会因隧道结构和地质条件不同而不同; • ( 5) 影响振动传播的主要因素有列车运行速度、 隧道埋深、地质条件等。地铁运行速度越高, 建筑 物的振动响应越大; 隧道埋深越大, 影响范围越小; 地质条件不同, 对振动能量的耗散大小不同; • ( 6) 列车振动引起的沿线地面建筑物的振动, 在建 筑物方面, 其振级的大小与建筑物的结构形式、基 础类型以及与地铁线的距离有密切关系。