橡胶混凝土隔振基础轨道研究

Various vibration isolation track forms were wildly used to mitigate noise and vibration in certain new lines of urban mass transit. In order to get as good vibration isolation performance as expected, most track forms were designed in a very low stiffness. Unexpectedly, serious rail corrugation, which results in sharp train/track interaction and increasing operation safety risk, was found in some vibration isolation track structure sections. Pervious researches indicated that rail corrugation were closely related to the low stiffness design of track structures and the changes of track stiffness on one line caused by various mitigation measures. Based on the theoretical principle, a good vibration mitigation performance could be achieved by reducing the support stiffness under the sleep, increasing the mass of vibration or raising the damping factor of material. Crumb rubber concrete track slab, which was made by recyclable rubber and concrete, was therefore proposed to absorb the harmful vibration energy by raising the damping factor of track slab material. In this project, a study on crumb rubber concrete slab trackform will be conducted by both theoretical and model experiment analysis. The strength, stability, durability and dynamic properties of crumb rubber concrete track slab will be tested, and the construction technology of slab track will be comprised and selected. After the properties of crumb rubber concrete track slab is identified, a dynamic analysis model will be build to evaluate the vibration mitigation performance of the slab track. Findings of this project could provide a fundamental reference to the new solution of vibration mitigation track form design technology.

为缓解城市轨道交通引起的环境振动，新建线路采用了大量的轨道减振措施，不仅增加了轨道建设成本，还由于线路采用的减振措施类型过多、且依靠降低扣件刚度来减振，导致钢轨波磨的产生，反而加剧了振动影响并危及行车安全。申请人及所在的研究团队经过长期调查和研究，认为应将减振部位下移，通过增加参振质量、材料阻尼等方法进行减振。据此，提出一种新型的橡胶混凝土隔振基础轨道结构，可利用废弃橡胶材料和混凝土制成，具有环保、低成本等特点，作为基础减振措施适用于整条线路，在保证行车安全的前提下降低振动噪声，并且实现了资源循环利用，具有重要的环保意义。项目研究综合运用理论分析和模型试验的方法，对这种减振轨道进行结构设计；通过模型试验研究其强度、稳定性、耐久性、动力特性等性能；进而对施工方案进行比选；根据利用试验结果构造动力分析模型，并进一步对其减振效果进行分析。研究成果可以为减振设计提供参考和依据。

为缓解城市轨道交通引起的环境振动，新建线路采用了一些减振措施如减振扣件、梯式轨道、浮置板轨道等。不仅增加了轨道建设成本，还由于线路采用的减振措施类型过多、且主要依靠降低扣件刚度来减振，产生大量异常钢轨波磨，加剧了振动影响并危及行车安全。申请人及所在的研究团队经过长期调查和研究，认为应将减振部位下移，通过增加参振质量、材料阻尼等方法进行减振。据此，提出一种新型的减振产品——橡胶混凝土隔振基础轨道。主要研究工作及成果如下：.（1）完成了圆形隧道、马蹄形隧道、矩形隧道3种隧道形式下橡胶混凝土隔振基础轨道的结构设计；.（2）随着橡胶掺量的增加，混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉和抗折强度、静力受压弹性模量均下降；以C40为基准混凝土，橡胶掺量不超过23%时，可满足规范中混凝土强度要求；.（3）随着橡胶掺量的增加，混凝土动弹性模量随之降低，但阻尼比明显增加；在满足强度等要求的前提下，应尽量采用橡胶掺量高的橡胶混凝土配比，以提高减振能力；.（4）三维动力有限元及模型试验结果表明，橡胶混凝土隔振基础轨道具备明显的减振效果，并且不会明显放大道床的振动响应；随着橡胶掺量的增加，橡胶混凝土道床的减振效果逐渐提高；因此在满足安全性、耐久性和经济性的前提下应尽量选择高橡胶掺量的橡胶混凝土制作减振道床，以获得更好的减振效果；.（5）根据本项目的研究成果，建议采用以C40为基准混凝土、橡胶掺量为23%的橡胶混凝土制作减振道床。.此外，本项目对橡胶混凝土基础减振轨道的安全性、耐久性及造价进行了初步研究。橡胶混凝土隔振基础轨道可利用废弃橡胶材料和混凝土制成，具有环保、低成本等特点，作为基础减振措施适用于整条线路，降低振动噪声，并且实现了资源循环利用，具有重要的环保意义。橡胶混凝土隔振基础轨道改变了目前轨道系统单纯依靠降低刚度进行减振的现状，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。