| 高速铁路弹簧质量道床隔振技术
隔而固(青岛)减振技术有限公司 尹学军博士 Winkler博士
隔而固(GERB)于十几年前首次将在动力设备上成功应用60多年的阻尼弹簧隔振技术应用于德国地铁及其附近建筑的隔振,至今已有几十个有轨道床和60多座邻近建筑(包括多座音乐厅)采取了隔振,隔振效果都十分理想。韩国汉城-釜山高速铁路釜山车站和天安车站,也采用了隔而固弹簧质量道床减振技术,是迄今为止荷载最重、车速最高的道床隔振,技术含量和要求很高,很有挑战性和代表性。限于篇幅关系,仅向大家介绍一下天安车站道床的隔振情况。
1. 汉城-釜山高速铁路
目前韩国正在建造由首都汉城到南部港口城市釜山的高速铁路。负责该路段设计的是韩国高速铁路建设局(Korea High Speed Railway Construction Authority)。全长430公里的路段完全是新建的(包括新建的桥梁、隧洞等)。该路段最大设计时速为350km/h,运营时速控制在300 km/h。 1994年法国财团中标此项目。该高速线采用法国TGV高速列车。负责整个项目总承包并且包括路段建造的是法国咨询公司SYSTRA。在汉城和釜山之间设计了四个停靠站,它们是天安、大田、大丘和庆州。 为了获取高速铁路建造经验,首先在天安和大田站之间建造了一个长63 km的试验路段,该试验段将是日后正式路段的一部分。按计划,整个路段将在2000年日本和韩国共同举办的世界杯足球赛期间投入运营,但目前,工程进度有些滞后。
2. 天安火车站:
天安火车站位于汉城东南100 km的一个10km宽的山谷里,由于复杂的山谷地势,不得不将该路段高架起来。按照城市规划方案,该火车站设计为这个二百万的人口的新兴城市的中心,在火车站主楼应该集商业、服务行业、购物为一体。该火车站建于山谷的最低点,火车是从车站大楼的第四层通过,下面三层用于办公及商业。整个路段的高架及车站主体为钢筋混凝土结构。
3. 弹簧质量道床隔振系统:
鉴于车站主楼一至三层的使用要求,在设计阶段就不可避免要考虑该路段的减振措施。首先考虑用碎石、枕木,但仍然担心固体传声和振动不能足够衰减。由于这个原因,SYSTRA公司和汉城大学的声学及结构动力学专家一致建议,采用目前世界上隔振效果最好的隔振技术,将轨道和下部的建筑结构进行振动隔离。火车站铺设了四条轨道,外边二条用于停靠,另二条用于通过时速高达300km/h的列车。道床由80 cm厚的碎石及80 cm厚的砼平台组成。铁轨铺设在碎石上的砼枕木上,并采用常规扣件固定。作为静力学及动力学的计算参数来自于TGV的荷载谱。 在车站1250 m的路段内,道床放置在GERB(隔而固)隔振器上,每段道床长为20 m,隔振器上总负荷为10万吨。每个隔振器由6至8对弹簧组成。另外一些隔振器由4对弹簧及一个VISCO粘滞阻尼器并联而成。每对弹簧由内外弹簧组成。隔振器大部分直接摆放在混凝土框架结构的柱头上,只有少部分摆放在连接两个框架结构的砼梁上。 道床竖向固有频率为6 Hz,弹簧压缩量为7 mm。弹簧隔振器先在工厂里预紧,以便于砼板在相当于固定的基座上直接常规浇注。当碎石部分铺垫以后,弹性系统有足够荷载以后,预紧螺栓会自动放松,这时弹簧道床才有弹性。但是,一定要检查,是否所有的弹簧确实放松,否则弹性系统不起作用。隔振器上、下部用隔而固(GERB)公司生产的自粘纺织垫板固定。这种纺织垫板的摩擦系数为2.0,能够不用预埋件承担上部建筑物2个g的水平加速度。
由于至今世界上在高速铁路领域还没有弹性道床先例,必须在道床的动态位移和隔振效果之间取得折折衷,为此考虑了理论上所有的振动模态。这些振动模态包括道床的弯曲振动及由于单个道床长度和最高火车时速产生的扰动。基于以上考虑,最终采用了垂直方向6 Hz的隔振及单个道床20 m。理论上,当火车行进时,垂直方向会产生0.5 mm的沉降,水平方向在急刹车及横向碰撞会产生大约1 mm的位移。
结束语:高速铁路荷载重、车速高,又往往通过人口密集发达的城市,振动问题不可忽视,在通过敏感建筑物时,采取弹性道床隔振,振动可以得到有效控制,经济效益很高。隔而固公司的弹簧隔振器及阻尼器寿命很长(≥50年),基本无需维护。
插页广告照片:建设中的韩国天安火车站,地处山谷,列车以300km/h时速通过四层候车大楼楼顶
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