BE1017257A5

BE1017257A5 - SEAT WITH REDUCED VIBRATION LEVEL FOR RAILWAY.

Info

Publication number: BE1017257A5
Application number: BE2006/0444A
Authority: BE
Original assignee: Vanhonacker Patrick
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2008-05-06
Also published as: US20080054086A1; EP1895052A1; CA2598540A1

Abstract

Un système de support pour rails de voie ferrée sur un chemin de voie, comprenant plusieurs plaques de répartition en matière rigide (13) disposées côté à côte sur le chemin de voie, chaque plaque de répartition ayant une superficie et une épaisseur prédéterminées de manière que sa première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage des roues d'un véhicule sur les rails. Les différentes plaques de répartition sont avantageusement relièes entre elles par des joints permettant la pivotement de chaque plaque de répartition par rapport aux plaques de répartion adjacentes. Les plaques de répartion peuvent être posées sur le sol du chemin de voie ou sur le radier d'un tunnel et elles peuvent également être intégrées dans le revêment d'une voirie. Les plaques de répartition peuvent porter les rails de la voie ferré, des appareils de voie, des systèmes de fixation sur lesquels viennet se fixer les rails ou encore un ballast qui lui-même porte des traverses sur lesquelles se fixent les rails de la voie ferrée.A track rail support system on a track, comprising a plurality of rigid material distribution plates (13) arranged side by side on the track path, each distribution plate having a predetermined area and thickness so that its first resonant frequency vibrations generated locally in the rails by the passage of the wheels of a vehicle on the rails. The different distribution plates are advantageously interconnected by joints allowing the pivoting of each distribution plate relative to the adjacent distribution plates. The repair plates can be placed on the floor of the track or on the raft of a tunnel and they can also be integrated into the pavement of a road. The distribution plates can carry the rails of the railway, switches, fastening systems on which the rails can be fixed or a ballast which itself carries rails on which the rails of the railway track are fixed. .

Description

ASSISE A NIVEAU VIBRATOIRE REDUIT POUR VOIE FERREESEAT WITH REDUCED VIBRATION LEVEL FOR RAILWAY

La présente invention concerne les systèmes de support pour voie ferrée sur un chemin de voie.The present invention relates to railway support systems on a track.

Une voie ferrée pour tramway, métro ou train génère toujours des vibrations qui se propagent dans et nuisent à l’environnement. Les niveaux vibratoires engendrés dépendent des caractéristiques des véhicules circulant sur la voie ferrée et des caractéristiques du chemin de voie. Pour une voie ballastée standard, la fréquence principale des vibrations générées se situe aux environs de 60 Hz. Cette fréquence est déterminée par la raideur du ballast et de sa sous-couche, et par la masse non suspendue du bogie du véhicule circulant sur la voie ferrée. Pour une voie posée directement sur béton, la fréquence principale des vibrations générées se situe dans une gamme de 40 à 60 Hz, en fonction de la raideur du système de fixation des rails. Cette fréquence est déterminée par la raideur du système de fixation de rail et du radier en béton, et par la masse non suspendue du bogie du véhicule.A railroad track, subway or train always generates vibrations that propagate in and harm the environment. The vibratory levels generated depend on the characteristics of vehicles running on the railway and the characteristics of the track. For a standard ballasted track, the main frequency of the vibrations generated is around 60 Hz. This frequency is determined by the stiffness of the ballast and its underlayer, and by the unsprung mass of the bogie of the vehicle traveling on the track. railway. For a track laid directly on concrete, the main frequency of the vibrations generated lies in a range of 40 to 60 Hz, depending on the stiffness of the rail fastening system. This frequency is determined by the stiffness of the rail fastening system and the concrete slab, and by the unsprung mass of the truck of the vehicle.

Sur le plan de la propagation des vibrations, il se trouve qu’une voie posée sur un sol rigide (par exemple un sol rocheux) résulte en des niveaux vibratoires ayant une amplitude moins importante qu’une voie posée sur un sol souple (par exemple un sol argileux). D’autres part, les vibrations générées dans un sol rigide se propagent plus loin (elles sont moins amorties) que dans un sol souple, plus amortissant.In terms of the propagation of vibrations, it is found that a track placed on a rigid ground (for example a rocky ground) results in vibratory levels having a smaller amplitude than a track placed on a soft ground (for example clay soil). On the other hand, the vibrations generated in a rigid ground propagate further (they are less damped) than in a soft, more damping soil.

La présente invention a pour but de réduire le niveau vibratoire engendré par le passage des bogies des véhicules circulant sur les rails, quel que soit l’assise du chemin de voie ferrée. Cet objectif est atteint suivant l'invention par un système de support pour rails de voie ferrée comprenant plusieurs plaques de répartition dynamiquement très rigides disposées côte à côte sur le chemin de voie, en dessous de la voie ferrée, chacune de ces plaques de répartition ayant une surface et une épaisseur prédéterminées de manière que sa première fréquence de résonance soit supérieure à la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage des bogies d’un véhicule circulant sur la voie ferrée.The present invention aims to reduce the vibration level generated by the passage of bogies of vehicles traveling on the rails, regardless of the course of the railway track. This object is achieved according to the invention by a support system for railway tracks comprising several dynamically very rigid distribution plates arranged side by side on the track path, below the railroad track, each of these distribution plates having a predetermined surface and thickness such that its first resonance frequency is greater than the first resonance frequency of the vibrations generated locally in the rails by the passage of the bogies of a vehicle traveling on the railway.

Les plaques de répartition précitées sont des plaques relativement courtes, assez épaisses, qui s'étendent sur le sol, en dessous de la voie ferrée. Ces plaques peuvent êtres jointives avec des joints qui permettent la libre rotation d’une plaque de répartition par rapport aux plaques adjacentes. Les plaques de répartition peuvent être faites en béton, en matériau composite, ou autre matériau capable de répartir les charges des véhicules devant circuler sur la voie ferrée. Elles peuvent être fabriquées sur place ou être préfabriquées (modules).The aforementioned distribution plates are relatively short plates, rather thick, which extend on the ground, below the railroad tracks. These plates may be contiguous with joints that allow the free rotation of a distribution plate relative to the adjacent plates. The distribution plates may be made of concrete, composite material, or other material capable of distributing the loads of vehicles to circulate on the railway. They can be manufactured on site or be prefabricated (modules).

Ainsi, au lieu d’exciter le sol très localement en dessous d’un bogie du véhicule circulant sur la voie ferrée, l’excitation se distribue sur une grande surface (sans amplification dynamique), avec comme résultat un niveau vibratoire plus faible. Un gain vibratoire d’au moins 8 dB est obtenu en utilisant une telle plaque de répartition sur un sol classique non rocheux. Cette réduction du niveau vibratoire s’explique comme suit : au lieu que les efforts dynamiques des quatre roues d’un bogie soient répartis sur 4 m2 (soit 4 fois 1m2), les efforts sont ici répartis sur une surface d’au moins 10 m2 (en considérant une plaque de répartition de 4m de long et 2,5 m de large), ce qui donne un facteur 2,5 (ou environ 8 dB) de réduction de l’amplitude vibratoire. Cette répartition des efforts dynamique résulte en un niveau vibratoire du sol en dessous de cette plaque de répartition, nettement inférieur à celui que l’on aurait sans cette plaque de répartition.Thus, instead of exciting the ground very locally below a bogie of the vehicle traveling on the railway, the excitation is distributed over a large area (without dynamic amplification), resulting in a lower vibration level. A vibratory gain of at least 8 dB is obtained by using such a distribution plate on a conventional non-rocky soil. This reduction of the vibratory level is explained as follows: instead of the dynamic efforts of the four wheels of a bogie are distributed over 4 m2 (4 times 1m2), the efforts are here distributed over an area of at least 10 m2 (considering a distribution plate 4m long and 2.5m wide), which gives a factor of 2.5 (or about 8 dB) of vibration amplitude reduction. This distribution of dynamic forces results in a vibration level of the soil below this distribution plate, much lower than that which one would have without this distribution plate.

Pour être efficace, chaque plaque de répartition doit avoir une première fréquence de résonance supérieure à environ 1.4 fois la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage d’un véhicule sur les rails de la voie ferrée. Dans le cas où cette première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement est de 57 Hz, par exemple, la première fréquence de résonance de la plaque de répartition doit être supérieure à 80 Hz. Ainsi, lors du passage d’un véhicule sur la voie ferrée au-dessus de la plaque de répartition, celle-ci se déforme conformément à sa déformation statique, sans avoir des amplifications dynamiques importantes, dues aux résonances.To be effective, each distribution plate must have a first resonant frequency greater than about 1.4 times the first resonant frequency of the vibrations generated locally in the rails by the passage of a vehicle on the rails of the railway. In the case where this first resonance frequency of locally generated vibrations is 57 Hz, for example, the first resonant frequency of the distribution plate must be greater than 80 Hz. Thus, when a vehicle passes on the track rail above the distribution plate, it deforms in accordance with its static deformation, without significant dynamic amplifications due to resonances.

Dans l’exemple cité ci-dessus, pour arriver à une première fréquence de résonance de la plaque de répartition supérieure à 80 Hz avec une dalle en béton ayant une longueur de 4 m (et pas plus large que 4m), il faut qu’elle ait une épaisseur d’au moins 400 mm.In the example cited above, to arrive at a first resonance frequency of the distribution plate greater than 80 Hz with a concrete slab having a length of 4 m (and not wider than 4 m), it is necessary that it has a thickness of at least 400 mm.

Chaque plaque de répartition dans le système de support suivant l’invention peut être réalisée sous la forme d’une poutre simple ou sous toute autre forme appropriée pourvu qu’elle ait une première fréquence de résonance (torsion ou flexion) supérieure à la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement par le passage d’un véhicule circulant sur les rails de la voie ferrée. Les plaques de répartition peuvent être utilisées en dessous de voies normales (en alignement et en courbes), en dessous d’appareils de voie ou en dessous d’un ballast. Elles peuvent être posées sur le sol ou éventuellement intégrées dans le revêtement d’une voirie de train ou tramway. Elles peuvent être posées sur le radier d’un tunnel de métro ou de train.Each distribution plate in the support system according to the invention can be made in the form of a single beam or in any other suitable form provided that it has a first resonance frequency (torsion or flexion) greater than the first frequency resonance vibrations generated locally by the passage of a vehicle traveling on the tracks of the railway. Distribution plates can be used below normal tracks (in alignment and curves), below track equipment or below a ballast. They can be placed on the ground or possibly integrated in the coating of a train or tramway network. They can be placed on the floor of a subway or train tunnel.

D’autres détails et particularités de l’invention ressortiront de la description des dessins ci-annexés, qui illustrent des exemples de mode de réalisation de l’invention.Other details and features of the invention will become apparent from the description of the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the invention.

La figure 1 montre une coupe longitudinale dans un système de support de voie ferrée suivant l’invention, avec ballast;Figure 1 shows a longitudinal section in a rail support system according to the invention, with ballast;

La figure 2 est une vue en plan montrant les plaques de répartition de la figure 1 ;Fig. 2 is a plan view showing the distribution plates of Fig. 1;

La figure 3 montre une coupe longitudinale dans un système de support de voie ferrée suivant l’invention pour fixation de rails sur blocs de béton ;Figure 3 shows a longitudinal section in a rail support system according to the invention for fixing rails on concrete blocks;

La figure 4 est une vue en plan du système de support de voie ferrée de la figure 3 ;Fig. 4 is a plan view of the track support system of Fig. 3;

La figure 5 montre une vue en plan d’un système de support de voie ferrée suivant l’invention pour intégration de rails dans des plaques de répartition en béton;FIG. 5 shows a plan view of a rail support system according to the invention for integrating rails into concrete distribution plates;

La figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 5 ;Figure 6 is a sectional view along the line A-A of Figure 5;

La figure 7 illustre quelques sections transversales possibles pour les plaques de répartition.Figure 7 illustrates some possible cross sections for the distribution plates.

Se reportant aux figures 1 et 2, on voit un exemple de système de support de voie ferrée suivant l’invention avec ballast. Le système de support de voie ferrée, désigné dans son ensemble par la référence 10, comprend des traverses 11 sur lesquelles viennent se fixer les rails (non représentés) d’une manière habituelle, et un ballast 12. Conformément à l’invention, en dessous du ballast s’étend un ensemble de plaques de répartition dynamiquement rigides13, qui elles-mêmes reposent sur le sol du chemin de voie14. Les plaques de répartition 13 sont des plaques relativement courtes, assez épaisses qui sont disposées l’une derrière l’autre sur le sol, en dessous du ballast. Elles peuvent êtres jointives avec des joints qui permettent la libre rotation d’une plaque par rapport aux plaques adjacentes. Chaque plaque de répartition 13 a une surface et une épaisseur prédéterminées de manière à présenter une première fréquence de résonance supérieure à la première fréquence de résonance du système roue/rail. Cette dernière fréquence de résonance est déterminée par la raideur du ballast et par la masse non suspendue du bogie d’un véhicule circulant sur la voie ferrée. En général, la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement par le passage d’un véhicule circulant sur la voie ferrée se situe en dessous de 60 Hz.Referring to Figures 1 and 2, we see an example of railway support system according to the invention with ballast. The rail support system, generally designated by reference numeral 10, comprises crosspieces 11 on which the rails (not shown) are fixed in a conventional manner, and a ballast 12. In accordance with the invention, in Below the ballast extends a set of dynamically rigid distribution plates13, which themselves rest on the floor of the track 14. The distribution plates 13 are relatively short plates, rather thick which are arranged one behind the other on the ground, below the ballast. They may be contiguous with joints that allow the free rotation of a plate relative to the adjacent plates. Each distribution plate 13 has a predetermined surface and thickness so as to have a first resonant frequency greater than the first resonant frequency of the wheel / rail system. This last resonance frequency is determined by the stiffness of the ballast and the unsprung mass of the truck of a vehicle traveling on the railway. In general, the first resonance frequency of the vibrations generated locally by the passage of a vehicle traveling on the railway is below 60 Hz.

Pour être efficace, chaque plaque de répartition doit avoir une première fréquence de résonance supérieure à environ 1,4 fois la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage d’un véhicule circulant sur la voie ferrée. Dans le cas où cette première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement est de 57 Hz, par exemple, la première fréquence de résonance des plaques de répartition doit être supérieure à 80 Hz. Ainsi, lors du passage d’un véhicule sur la voie ferrée au-dessus d’une plaque de répartition, celle-ci se déforme conformément à sa déformation statique, sans avoir des amplifications dynamiques importantes, dues aux résonances.To be effective, each distribution plate must have a first resonant frequency greater than about 1.4 times the first resonant frequency of the vibrations generated locally in the rails by the passage of a vehicle traveling on the railway. In the case where this first resonance frequency of locally generated vibrations is 57 Hz, for example, the first resonant frequency of the distribution plates must be greater than 80 Hz. Thus, when a vehicle passes on the railway above a distribution plate, it deforms in accordance with its static deformation, without significant dynamic amplifications due to resonances.

Pour arriver à une première fréquence de résonance de la plaque de répartition supérieure à 80 Hz avec une dalle en béton de 4 m de long, par exemple, (et pas plus large que 4m) il faut que chaque plaque de répartition ait une épaisseur d’au moins 400 mm.To achieve a first resonance frequency of the distribution plate greater than 80 Hz with a concrete slab of 4 m long, for example, (and not wider than 4 m) it is necessary that each distribution plate has a thickness of at least 400 mm.

Les efforts dynamiques engendrés par le passage des quatre roues d’un bogie sur un tronçon de la voie se trouvent ainsi répartis sur la surface de la plaque de répartition située en dessous dudit tronçon de voie au lieu qu’ils soient appliqués très localement (4 fois 1 m2) sur le sol. Il en résulte un niveau vibratoire plus faible excitant le sol. En utilisant une plaque de répartition 13 ayant une surface d’au moins 10 m2 (en considérant une plaque de répartition de 4m de long et 2,5 m de large) sur un sol classique non rocheux, l’amplitude vibratoire appliquée au sol se trouve réduite d’un facteur 2,5 (soit environ 8 dB).The dynamic forces generated by the passage of the four wheels of a bogie on a section of the track are thus distributed on the surface of the distribution plate located below said section of track instead of being applied very locally (4). 1 m2) on the floor. This results in a lower vibratory level exciting the ground. Using a distribution plate 13 having an area of at least 10 m 2 (considering a distribution plate 4 m long and 2.5 m wide) on a non-rocky conventional soil, the vibratory amplitude applied to the ground is is reduced by a factor of 2.5 (approximately 8 dB).

Les plaques de répartition 13 peuvent être faites en béton, en matériau composite ou autre matériau capable de répartir les charges des véhicules devant circuler sur la voie ferrée. Elles peuvent être fabriquées sur place ou être préfabriquées (modules).The distribution plates 13 may be made of concrete, composite material or other material capable of distributing the loads of vehicles to circulate on the railway. They can be manufactured on site or be prefabricated (modules).

Dans le système de support de voie ferrée suivant l’invention, les plaques de répartition 13 peuvent également être prévues pour la fixation directe des rails sur béton par l’intermédiaire d’un système de fixation de rail (discret ou continu) quelconque. Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de réalisation d’un système de support de voie ferrée pour fixation directe des rails au moyen de systèmes de fixation de rail 15 fixés sur plusieurs plaques de répartition 13. Celles-ci peuvent être intégrées dans le revêtement de la voirie. Les plaques de répartition 13 sont des plaques relativement courtes, assez épaisses qui sont disposées l’une derrière l’autre sur le sol 14. Ces plaques de répartition peuvent êtres réunies par des joints qui permettent la libre rotation d’une plaque par rapport aux plaques adjacentes. Elles peuvent être fabriquées sur place ou préfabriquées (modules).In the rail support system according to the invention, the distribution plates 13 can also be provided for the direct attachment of the rails to concrete via any rail fastening system (discrete or continuous). Figures 3 and 4 illustrate an embodiment of a rail support system for direct attachment of the rails by means of rail fastening systems 15 fixed on several distribution plates 13. These can be integrated in the coating of the road. The distribution plates 13 are relatively short plates, fairly thick which are arranged one behind the other on the ground 14. These distribution plates can be joined by joints which allow the free rotation of a plate relative to the adjacent plates. They can be manufactured on site or prefabricated (modules).

Les figures 5 et 6 représentent un système de support de voie ferrée suivant l’invention dans lequel les rails se trouvent intégrés dans les plaques de répartition. Celles-ci comportent des rainures 13A dans lesquelles peuvent être intégrés les rails (non représentés). Les plaques de répartition elles-mêmes peuvent être intégrées dans le revêtement de la voirie. Elles consistent en plaques relativement courtes, assez épaisses qui sont disposées l’une derrière l’autre sur le sol, et qui peuvent êtres réunies par des joints qui permettent la libre rotation d’une plaque par rapport aux plaques adjacentes. Comme indiqué plus haut, ces plaques de répartition peuvent être fabriquées sur place ou être préfabriquées (modules).Figures 5 and 6 show a rail support system according to the invention wherein the rails are integrated in the distribution plates. These comprise grooves 13A in which the rails (not shown) can be integrated. The distribution plates themselves can be integrated into the road surface. They consist of relatively short, fairly thick plates which are arranged one behind the other on the ground, and which can be joined by joints which allow the free rotation of a plate relative to the adjacent plates. As indicated above, these distribution plates can be manufactured on site or be prefabricated (modules).

Les systèmes de support de voie ferrée selon l’invention peuvent être utilisées en dessous de voies normales (en alignement et en courbes) et en dessous des appareils de voie.The railway support systems according to the invention can be used below normal tracks (in alignment and in curves) and below the switchgear.

Comme indiqué plus haut pour le cas d'une voie ballastée, chaque plaque de répartition doit avoir une surface et une épaisseur prédéterminées, de manière que sa première fréquence de résonance soit supérieure à 1,4 fois la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par la circulation d’un véhicule sur la voie ferrée. Le comportement des plaques de répartition et la réduction de l’amplitude vibratoire qui en résulte sont les mêmes que dans le cas d’une voie ballastée.As indicated above for the case of a ballasted channel, each distribution plate must have a predetermined surface and thickness so that its first resonant frequency is greater than 1.4 times the first resonance frequency of the vibrations generated locally. in the rails by the traffic of a vehicle on the railway. The behavior of the distribution plates and the reduction of the vibratory amplitude that results are the same as in the case of a ballasted track.

Chaque plaque de répartition peut être réalisée sous la forme d’une poutre simple comme illustré à la figure 7A ou toute autre forme appropriée pourvu qu’elle ait une première fréquence de résonance supérieure à la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par la circulation d’un véhicule sur la voie ferrée comme il a été indiqué plus haut. Les figures 7B à 7D illustrent quelques exemples de section transversale pour les plaques de répartition 13. La figure 7B montre une section comportant une plaque portante 13 avec des flancs latéraux 13B qui s’étendent vers le dessous de la plaque portante. La figure 7C montre une section qui diffère de celle de la figure 7B par la présence d’une nervure longitudinale 13C. Plusieurs nervures pourraient également être prévues. La figure 7D montre une section dans laquelle la plaque 13 comporte des rainures 13A destinées à recevoir les rails de la voie ferrée.Each distribution plate can be made in the form of a single beam as shown in FIG. 7A or any other appropriate form provided that it has a first resonant frequency greater than the first resonance frequency of the vibrations generated locally in the rails. by the movement of a vehicle on the railway as indicated above. Figs. 7B-7D illustrate some cross sectional examples for the distribution plates 13. Fig. 7B shows a section having a bearing plate 13 with side flanks 13B which extend towards the underside of the bearing plate. Figure 7C shows a section which differs from that of Figure 7B by the presence of a longitudinal rib 13C. Several ribs could also be planned. Figure 7D shows a section in which the plate 13 has grooves 13A for receiving rails of the railway.

Claims

Support system for railway tracks on a track (14), characterized in that it comprises a plurality of rigid material distribution plates (13) arranged side by side on the track track, underneath of the railroad track, each distribution plate having a predetermined area and thickness so that its first resonant frequency is greater than the first resonance frequency of the vibrations generated locally in the rails by the passage of the wheels of a vehicle traveling on. rails.

Rail track support system according to claim 1, characterized in that the different distribution plates (13) are interconnected by joints permitting the pivoting of each distribution plate relative to the adjacent distribution plates.

Rail track support system according to one of the preceding claims, characterized in that the first resonance frequency of each distribution plate (13) is greater than 1.4 times the first resonance frequency of the vibrations. generated locally in the rails by the passage of the wheels of a vehicle traveling on the rails.

4. Support system for railway track according to any one of the preceding claims, characterized in that each distribution plate (13) is placed on the ground of the track path.

5. support system for railway tracks according to any one of the preceding claims, characterized in that each distribution plate (13) is placed on the raft of a tunnel.

Rail track support system according to one of the preceding claims, characterized in that each distribution plate (13) is integrated in the covering of a roadway.

Rail track support system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one distribution plate (13) is placed under a switchgear.

Rail track support system according to one of the preceding claims, characterized in that each distribution plate (13) has grooves (13A) for receiving the rails of the railway track.

9. Support system for railway tracks according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least one distribution plate (13) carries a ballast (12) which itself carries sleepers (11). ) on which are fixed the rails.

10. Support system for railroad track according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least one distribution plate (13) carries fastening systems (15) on which are fixed the rails .

Rail track support system according to one of the preceding claims, characterized in that each distribution plate (13) is constructed as a beam.

Rail track support system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one distribution plate (13) has lateral flanks (13B) extending towards the underside of the plate.

13. support system for railway tracks according to any one of claims 11 and 12, characterized in that at least one distribution plate (13) further comprises at least one longitudinal rib (13C).