王永冠，查國濤，卜繼玲，李心

(株洲時代新材料科技股份有限公司技術中心，湖南株洲412007)

U形梁橋與軌道結構的振動匹配性分析

王永冠，查國濤，卜繼玲，李心

(株洲時代新材料科技股份有限公司技術中心，湖南株洲412007)

通過對匹配不同軌道結構的U形梁振動測試，研究不同軌道結構對U形梁的隔振效果。研究對象包括:安裝軌道減振器的支撐塊承軌臺;安裝WJ-2A扣件的梯形軌道;兩種結構略有差異的U形梁，但匹配的軌道結構同為安裝WJ-2A扣件的支撐塊承軌臺，共計4種不同的U形軌道高架橋梁。測試分析結果表明，匹配合理的軌道結構能有效降低U形梁橋本身的振動，保護梁體結構及附屬設備。

U形梁橋 軌道減振器 梯形軌道 軌道結構

U形梁屬于一種下承式的開口薄壁結構，梁體由底板、兩側的腹板和腹板頂部的翼緣板連成U字形橫截面的通道，底板的上表面連接承軌臺。與傳統(tǒng)的上承式梁相比，U形梁降低了軌道標高和橋梁的整體高度，減小了對周邊環(huán)境的影響;兩側腹板可根據(jù)荷載的大小做成不同的結構形式，有利于美化周邊環(huán)境并達到降噪的作用，同時防止列車脫軌后沖出橋梁。因此，U形梁在高架城軌得到越來越廣的應用。圖1為U形梁橋外觀。

圖1 U形梁橋外觀

大部分的U形梁匹配的軌道結構為支撐塊承軌臺，扣件主要使用普通扣件，如WJ-2A。2003年建成通車的廣州地鐵2號線的高架結構，2007年上海軌道交通8號線，2009年南京地鐵2號線均采用了這樣的軌道結構搭配U形梁，有大量的應用實踐;搭配梯形軌道的U形梁結構也有少部分應用，如2014年初試運營的上海地鐵16號線部分高架段。U形梁搭配兩種不同的軌道結構如圖2所示。

圖2 U形梁與不同的軌道結構匹配使用現(xiàn)場

國內部分U形梁經過多年的運營，出現(xiàn)一些病害，主要集中發(fā)生在匹配的軌道結構為支撐塊承軌臺、扣件為普通扣件的U形梁上。

U形梁病害表現(xiàn)為:U形梁跨中的接觸網柱螺栓容易松動;U形梁梁端鋼軌扣件容易松動;部分承軌臺與現(xiàn)澆底座結合部位出現(xiàn)裂縫等。這些病害顯著說明橋梁本身的振動過大。為此研究U形梁橋和不同軌道結構的匹配關系，開展了一系列針對U形梁橋的在線振動測試工作，意義重大?？上嚓P內容文獻資料很少，類似文獻［1］也只是測試了U形梁的環(huán)境振動而不是梁體本身。本文從橋梁振動方面研究U型梁橋與軌道結構的匹配關系，對測試結果做了初步的分析，為城市軌道建設合理控制U形梁振動以及線路設計提供參考。

1 U形梁測試情況介紹

本次測試對象為某地鐵公司的A號線路和B號線路的U形梁橋，共4種梁跨，兩種軌道結構、兩種扣件類型的多種組合工況，具體測試對象如表1所列。

表1 被測對象基本信息

測試內容為列車通過時的橋梁振動。其中U梁a、U梁b、U梁c結構相同，它們之間不同的地方在于軌道結構;而U梁d的梁體和前三種除了跨度不一樣外，截面局部也有細微尺寸上的差異。A號線和B號線測試情況略有區(qū)別:A號線是在營線路，B型車;B號線是新線，A型車。但都是6輛編組配重在不同速度下做的振動測試。各測點布置如圖3所示，V1—V12為各加速度傳感器的布置點。

圖3 U形梁的截面和測點布置示意

目前國內外還沒有專門針對城市軌道高架橋梁振動測量及評判的相關標準［2］。本文橋梁動力響應測試采用與文獻［3］一致的測量手段與分析方法。

2 測試結果分析

2.1 相同扣件不同軌道結構下U形梁的動力響應

對相同扣件不同軌道結構的U梁b和U梁d進行3種車速行車工況的動力響應測試，對原始測試數(shù)據(jù)在1～200Hz內做振級均方根值Z計權處理，結果分析如圖4、圖5所示。除了U梁b振級比U梁d大致降低10 dB左右，其它總體上兩者的結果基本趨于一致:承軌臺在60 Hz附近出現(xiàn)一個響應峰值，且峰值頻率不受車速的影響，峰值量級隨著車速的增加而增加;承軌臺在20 Hz附近的振動響應受車速影響不明顯，3種車速下的振動量級接近。

從圖4、圖5明顯發(fā)現(xiàn)兩點:①同是WJ-2A扣件，梯形軌道匹配U梁的隔振效果顯著優(yōu)于支撐塊承軌臺匹配U梁;②無論匹配何種軌道結構，由輪軌作用振源激起的U梁振動，在60 Hz左右有個明顯的峰值，表明梁體發(fā)生了共振。這是由U梁橋固有的特性和振源特性共同決定的，靠U形梁的結構調整，如跨度變化、截面優(yōu)化等措施很難根除。

1．加強馬克思恩格斯經典作家的共享思想研究。十八屆五中全會以來，國內學術界和理論界從習近平共享發(fā)展理念的理論來源、習近平共享發(fā)展理念內涵、習近平共享發(fā)展理念實踐基礎以及習近平共享發(fā)展理念的實踐思路等方面進行了全方位多角度的研究，為習近平共享發(fā)展理念的貫徹落實給予理論參考。但學術界和理論界對馬克思主義經典著作的共享發(fā)展思想剖析還比較少，馬克思主義理論作為我國社會主義政治、經濟、文化等方面建設的指導思想，必須大力挖掘經典作家們的共享思想，才能更加準確地把握習近平共享發(fā)展理念，更好地運用習近平新時代中國特色社會主義思想武裝我們的頭腦，更好地運用習近平共享發(fā)展理念服務于新時代。

圖4 U梁b跨中承軌臺垂向振動1/3倍頻程頻譜

圖5 U梁d跨中承軌臺垂向振動1/3倍頻程頻譜

2.2 相同軌道結構不同扣件下的U梁動力響應

U梁a、U梁c與U梁d均為支撐塊承軌臺軌道結構，僅扣件不同而已。U梁c和U梁d都是WJ-2A扣件，但U梁c為新扣件，而U梁d為舊扣件。U梁a則采用的是高彈性整體式扣件，又稱科隆蛋軌道減振器［4］。

測試分別在40，60和80 km/h車速下，對三者振動進行對比。振動測量按GB 10071—88［5］要求執(zhí)行。振動對比結果如圖6和圖7所示。從中分析可以得出:U梁a和U梁c的Z振級分別比U梁d小15.3 dB和6.5 dB，未計權振級分別比U梁d小12.8 dB和2.1 dB。可見U梁a的振動響應要明顯小于U梁c和U梁d，U梁d的動力響應略大于U梁c。

圖6 承軌臺與道床測點的Z振級對比(2～200 Hz)

圖7 承軌臺與道床測點的未計權振級對比(2～1 000 Hz)

綜上得出，同是U梁匹配支撐塊承軌臺軌道結構，扣件的選擇非常關鍵，如匹配恰當同樣能大幅度提高軌道結構的隔振性能。在本次測試中的U梁a選擇高彈性的軌道減振器扣件，就使得橋梁的動力響應比選擇WJ-2A扣件的要低得多。這樣可以大大保護軌道的附屬設施，降低橋梁的結構振動和結構噪聲。

2.3 分頻振級差值評估

分頻振級差值測試結果如圖8所示，測量位置為梁中中間道床。分析如下:

1)U梁c與U梁a相比，分頻振級的最大差值為21.6 dB，最小差值為-6.9 dB，如圖8(a)所示。圖中反映，從＞10 Hz頻域范圍的隔振效果上看，U梁a的軌道結構匹配效果比U梁c好，尤其是50～100 Hz頻帶內，U梁a的軌道匹配的隔振效果顯著。安裝軌道減振器的支撐塊承軌臺軌道結構可以有效地隔離容易激起U梁振動的頻率成分。

2)U梁c與U梁b相比，分頻振級的最大差值為20.9 dB，最小差值為-4.8 dB，如圖8(b)所示。數(shù)據(jù)顯示，在10 Hz以內頻域范圍，U梁b軌道結構匹配的隔振效果和U梁c的基本一致;在40 Hz以后，U梁b軌道結構匹配的隔振效果才明顯好于U梁c。而有效隔離的恰恰是60 Hz左右的振動，這部分頻率成分容易激起U形梁體的振動，該結果同圖4、圖5反映的規(guī)律一致。這同樣也說明:安裝WJ-2A扣件的梯形軌道結構可以有效地隔離容易激起U梁振動的頻率成分。

3)U梁b與U梁a相比，分頻振級的最大差值為8.5 dB，最小差值為-7.7 dB，如圖8(c)所示。數(shù)據(jù)顯示，兩種不同的軌道結構匹配U型梁的隔振效果基本一致。

以上的測試結果與分析同文獻［7-10］的研究結論一致。

圖8 梁中中間道床的分頻振級和振級差值曲線

3 結論

1)U形梁橋的振動是由其自振特性和振源性質共同決定的，單靠U形梁的結構調整，如長度變化、截面優(yōu)化等措施，梁體振動的改善效果不明顯。本次測試對象的U梁在60 Hz附近容易被激振起來，形成峰值。通過匹配合理的軌道結構系統(tǒng)，可以有效地隔離振源中的這一頻率成分，大大降低橋梁的振動。

2)安裝WJ-2A扣件的支撐塊承軌臺軌道結構不能有效地隔離容易激起U梁振動的頻率成分。U形梁匹配這樣的軌道結構，橋梁本體的振動較大，不但容易引起梁體本身的病害，更容易引起橋梁附屬設備的病害。

3)安裝軌道減振器的支撐塊承軌臺軌道結構和安裝WJ-2A扣件的梯形軌道結構能夠有效地隔離容易激起U梁振動的頻率成分，有效降低梁體的振動，從而保護梁體本身結構和附屬設備。

［1］王彬力，蒲黔輝，白光亮.新型U型梁車橋耦合環(huán)境振動實測與分析［J］.地震工程與工程振動，2012(2):78-85.

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(責任審編孟慶伶)

U443.3+1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.05.08

1003-1995(2015)05-0030-04

2014-08-31;

2015-02-16

王永冠(1976—)，男，四川攀枝花人，高級工程師，碩士。