钢弹簧浮置板隔振道路参数分析与试验研究

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城市道路交通繁忙,市政车辆荷载引发的交通振动与噪音污染问题日渐凸显,引起人体的身心健康问题,因此,对市政道路进行隔振降噪研究十分必要。参考轨道交通中浮置板隔振道床技术,采用钢弹簧浮置板隔振道路,在市政交通领域是一个重大创新。本文以广州市番禺区万惠一路的浮置板减振道路为研究对象,采用Ansys有限元软件,建立了浮置板道路长度、宽度、钢弹簧刚度和隔振器支承间距等不同参数组合下的钢弹簧浮置板的三维有限元参数优化模型,并进行参数分析;开展了钢弹簧浮置板缩尺模型试验,研究不同弹簧参数对结构隔振性能的影响;为验证实际工程浮置板隔振道路的动力特性与隔振效果,开展了浮置板市政道路的动力特性和隔振性能试验。主要研究内容和结论如下:(1)对不同参数组合下的81个钢弹簧浮置板有限元模型进行模态分析、谐响应分析与交通荷载振动响应分析。得到:钢弹簧浮置板的基频均小于10Hz;当浮置板厚度大于45cm、隔振器支承间距小于1.8m时,对主频为频率处于10~40Hz范围的城市常见交通荷载能起到显著的减隔作用。因此,浮置板长度大于60m,厚度为45cm,隔振器刚度为5.3k N/mm,支承间距为1.8m是合理的钢弹簧浮置板参数组合。(2)对4种不同支承间距的钢弹簧浮置板缩尺模型进行锤击模态测试、车辆荷载振动响应测试以及有限元计算分析,对其时域响应信号进行傅里叶变换,采用加速度时程、频谱、倍频程振级和插入损失进行隔振效果评判。得到:缩尺模型的基频在5Hz~10Hz范围内,隔振器数量越多,模型基频越大,基频振型为竖向平动;钢弹簧浮置板在10~40Hz范围内的插入损失谷值为-9.7d B;试验结果与有限元数值模拟结果皆表明,在共振频率附近,浮置板减振结构对振动起放大作用。(3)对钢弹簧浮置板隔振道路现场开展环境激励模态测试、车辆荷载激振测试以及有限元计算分析。得到:数值模拟结果与试验数据分析结果的固有频率均为10Hz左右;结构振动响应加速度随车辆轴重和车速的增加而增加,结构的振动能量主要分布在低频频段内;数值模拟结果与试验结果均表明,结构对振动响应加速度最大值的折减在83%以上;地下空间顶板下表面z向测点6的Z振级最大值是65.79d B,满足相关规定;工作频段内插入损失基本大于0d B,隔振效果明显。
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