[发明专利]一种铁路轨道有砟道床厚度计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种铁路轨道有砟道床厚度计算方法及系统。该方法包括：获取铁路轨道的设计参数；根据设计参数计算设计轮载以及设计轮载作用的等效次数；获取地勘参数；地勘参数包括道床的弹性模量、路基土的类型、厚度、弹性模量以及抗压强度；获取设计要求，并根据设计要求确定容许应力和容许变形；根据地勘参数和容许应力计算路基偏应力；根据设计轮载、设计轮载作用的等效次数、容许变形以及路基偏应力计算塑性应变因子以及累计沉降因子；根据塑性应变因子以及累计沉降因子，确定铁路轨道有砟道床的厚度。本发明综合考虑了路基在循环荷载的作用下的塑性应变和累积沉降，极大的减小了铁路中“道砟袋”和“路基隆起”的病害的发生。

技术领域

本发明涉及轨道工程设计领域，特别是涉及一种铁路轨道有砟道床厚度计算方法及系统。

背景技术

有砟轨道下部结构设计现在普遍是根据规范来选取道床的厚度，再根据路基竖向最大应力小于路基容许应力来验证道床设计厚度的合理性，但是这种设计方法忽略了道床和路基在大量循环荷载的作用下的变形，路基常见的两个病害，一种是渐进剪切破坏，另一种是过度塑性变形，过度塑性变形造成的常见的病害有“道砟袋”，随着“道砟袋”进一步发展路基一侧会隆起，防止病害的根本是控制路基的累积的塑性应变和塑性变形。

发明内容

本发明针对当前有砟轨道的道床厚度设计方法中存在的不足，综合考虑了路基在循环荷载的作用下的塑性应变和累积沉降，提供了一种铁路轨道有砟道床厚度计算方法及系统，解决由于路基过度塑性应变和累积沉降造成的病害，具有较强的实用性和广泛的工程运用前景。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种铁路轨道有砟道床厚度计算方法，所述方法包括：

获取铁路轨道的设计参数；所述设计参数包括机车的静轮载、车速、车轮直径以及设计交通量；

根据所述设计参数计算设计轮载以及设计轮载作用的等效次数；

获取地勘参数；所述地勘参数包括道床的弹性模量、路基土的类型、厚度、弹性模量以及抗压强度；

获取设计要求，并根据所述设计要求确定容许应力和容许变形；

根据所述地勘参数和所述容许应力计算路基偏应力；

根据所述设计轮载、所述设计轮载作用的等效次数、所述容许变形以及所述路基偏应力计算塑性应变因子以及累计沉降因子；

根据所述塑性应变因子以及所述累计沉降因子，确定铁路轨道有砟道床的厚度。

可选的，所述根据所述塑性应变因子以及所述累计沉降因子，确定铁路轨道有砟道床的厚度，具体包括：

通过数值方法建立三维车辆-轨道-路基的数值有限元模型；

根据所述有限元模型计算不同状态下的路基动应力响应；所述不同状态表示所述铁路轨道的设计参数以及不同的所述地勘参数的不同；

根据所述路基动应力响应、所述塑性应变因子以及所述累计沉降因子，建立对应关系数据库；所述对应关系数据库表为所述塑性应变因子以及所述累计沉降因子与所述铁路轨道有砟道床的厚度的对应关系；

根据所述对应关系数据库确定铁路轨道有砟道床的厚度。

可选的，所述根据所述设计参数计算设计轮载以及设计轮载作用的等效次数，计算公式为：

其中，P_设计为设计轮载；N为设计轮载作用的等效次数；P_静轮为静轮载；D_车轮为车轮直径；V_车为车速；T_设计为设计交通量。