浮置板

浮置板的种类及其特性

浮置板轨道结构的种类

目前, 国内外使用的浮置板轨道按照支撑条件不同主要分为: 橡胶支座浮置板轨道和钢弹簧浮置板轨道两种。另外, 莫斯科、基辅等城市还采用过纵向浮置板。

浮置板轨道的隔振原理：

浮置板隔振轨道结构又称质量- 弹簧系统。其基本原理是在轨道上部建筑与基础间插入一固有振动频率远低于激振频率的线性谐振器, 即将具有一定质量和刚度的混凝土道床板

浮置在橡胶或者弹簧隔振器上, 利用浮置板质量惯性来平衡列车运行引起的动荷载, 仅有

没有被平衡的动荷载和静荷载才通过钢弹簧元件传到路基或者隧道结构上, 达到减振的目的。采用钢弹簧支撑时, 隔振器内放有螺旋钢弹簧和粘滞阻尼。

根据单自由体系的隔振原理, 只有当激振频率大于2倍的自振频率时, 隔振系统才会起作用。因此, 隔振设计的一个原则是降低振动系统的固有频率。

对于橡胶支座浮置板道床, 通常采用增加浮置板厚度和重级配混凝土的办法降低自振

频率, 而对于钢弹簧浮置板,

由于弹簧刚度的可设计性强, 所以钢弹簧浮置板还可以通过采用减小弹簧刚度来降低

自振频率, 因此, 钢弹簧浮置板的固有频率可以设计得比橡胶支撑浮置板低, 减振效果更好。

浮置板轨道的减振效果评价：

在所有的减振降噪措施中, 浮置板轨道的效果是最好的。下面将给出国内外浮置板轨道的应用实例以及理论计算结果, 来探讨浮置板轨道的减振效果

橡胶支座浮置板轨道

橡胶支座浮置板轨道的减振效果：

根据德国实测资料和中国铁道科学研究院的模型试验结果, 橡胶支座浮置板轨道的减

振效果可达20~ 30 dB。徐志强[6] 等采用力的传递率( 经隔振器传递的稳定力值与激振力之鄙) 来评价浮置板轨道结构的隔振效果, 建立了车辆轨道浮置板有限元模型, 利用ANSYS 进行计算。计算结果表明:轮轨力通过浮置板系统后, 传递到橡胶支座下的基础作用力明显减小; 浮置板系统的隔振效率在31. 65% ~ 37. 11%, 大约相当于20~ 23dB 的振动级衰减量。在广州地铁实测的橡胶浮置板道床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。该结果与国外的测量结论相符。减振效果如右表所示[ 7] 。由于钢弹簧浮置板的固有频率很低, 所以隔振效率很图6 科隆地铁浮置板及隧道壁垂向振动速度( dB) 比较高。科隆地铁通车后, 实测浮置板到隧道壁的振动传递损失, 在25~ 400Hz 的1/ 3 倍频程内平均高达45 dB[ 9] ( 见图6) 。我国铁道科学研究院曾通过在实验室内进行1B1 的模型实验, 得到金属弹簧浮置板道床的平均插入损失为30 dB。

橡胶支座浮置板分类：

橡胶支座浮置板轨道按照混凝土施工方式分为: 连续现浇浮置板和轨枕板式预制浮置板。

连续现浇浮置板以华盛顿地铁为代表, 有载固有频率为16 Hz, 连续板是在橡胶绝缘体上面铺设一层金属片模板, 在线性支承轨道结构的固有频率较低, 较整体支承节省材料,其减振效果约为25 dB, 在德国的波恩、多特蒙德、埃森、慕尼黑地铁中采用。

点支承式轨道结构的固有频率低, 减振效果约为30 dB。施工中采取凹槽对橡胶垫板进

行定位, 有效地提高了浮置板的稳定性, 施工及更换垫层方便。与整体式支承结构相比, 线性支承式与点支承式结构造价低。

橡胶支座浮置板轨道按照浮置板的长度分为长型和短型两种结构型式。长型浮置板轨道自振频率小于10 Hz。由于长型浮置板自重大, 故轨道结构横向稳定性较高。混凝土道床板须现场浇注, 通常采用GRC 永久性模板进行灌注。橡胶支座不具备维修和更换条件。短型浮置板轨道由独立的短型浮置板单元组成, 自振频率在12~ 15 Hz 之间。由于道床板短, 降低了稳定性, 需要增加侧向支座和纵向缓冲隔板的数量。采用预制浮置板, 板下橡胶支座可更换和维修。广州地铁采用了短型浮置板轨道。与钢弹簧浮置板相比, 橡胶浮置板所采用的防振橡胶具有三向弹性, 橡胶分子之间及橡胶分子和填充剂之间的相互作用而产生的内摩擦比金属弹簧大1 000 倍以上, 可以通过内摩擦衰减振动, 因而不需要像金属弹簧那样要并联液压阻金属片模板中填充混凝土。轨枕板式预制浮置板有载固有频率为12~ 16 Hz, 一个特殊优点是可以使用叉形起重机安装, 使用气压千斤顶定位。最早由多伦多地铁采用, 此后在北美的巴尔的摩、亚特兰大、多伦多、洛杉矶、旧金山、新加坡、香港城市和广州地铁一号线采用。

橡胶支座浮置板轨道按照橡胶支撑方式分为整体支撑、线形支撑、点支承式3 种。整体支承可以将地铁或轻轨等振动频率降至15 Hz 以下, 其减振效果可高达20 dB。由于整体支撑的支撑面积相对较大, 故可以很好地抵抗振动产生的纵向力和横向力, 使道床受力均匀, 但是同时也造成了橡胶材料用量大。目前在瑞士的日内瓦, 法国的格勒诺布尔、南特、鲁昂、斯特拉斯堡, 西班牙的巴伦西亚、马德里, 意大利的米兰、罗马, 德国的慕尼黑地铁和比利时、奥地利、瑞士铁路中采用。尼器。但是由于橡胶浮置板固有频率在15~ 20Hz, 对于软土地基及对人们较敏感的振源低频部分隔振效果并不理想, 隔振效率和固体传声效率较低。此外, 橡胶支座浮置板需要底部模板和横向限位弹性元件, 并存在弹性元件更换检修困难、运行后难以调节浮置板高度等缺点。

钢弹簧浮置板轨道

在所有的隔振方法中, 钢弹簧浮置板轨道隔振效果最好, 钢弹簧浮置板隔振系统的固有频率约5~ 7 Hz, 隔振效果为25~ 40 dB, 可有效地减振、消除固体声。适用于线路从建筑物下面或附近通过, 以及建筑物隔振要求较高的区域, 如研究机构、医院、博物馆和音乐厅等场所。

钢弹簧支撑浮置板由螺旋钢弹簧和粘滞阻尼组成, 有内置式、侧置式和适用于桥梁建筑隔振的支座式3 种系列。其隔振系统构造可分为下部基础、弹性隔振器、混凝土浮置板、轨道结构、剪力铰5 部分。

德国GERB 公司研制了螺旋弹簧的浮置板轨道。结构固有频率只有4~ 8 Hz, 减振效果很好。螺旋弹簧变形曲线线性好, 其动态刚度和静态刚度相等, 具有高承载力。螺旋弹簧浮置板轨道同时具有三维弹性支撑, 并具有很好的横向稳定性, 其横向位移较普通道床结构是非常小的。

弹簧浮置板轨道具有以下特点:

1) 同时具有三维弹性, 水平方向位移小, 无需附加限位装置;

2) 浮置板与隧道底板间只需极小的空隙( 约10 mm) ;

3) 浮置板的钢筋混凝土可以现场浇注, 施工简单;

4) 借助简易工具便可抬起浮置板或调整浮置板高度;

5) 从浮置板表面可随时更换弹簧, 不用拆卸钢轨, 不影

响地铁运行;