[发明专利]基于行车安全及动力响应的铁路桥墩伤损评定方法及系统

权利要求书

1.一种基于行车安全及动力响应的铁路桥墩伤损评定方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：构建列车-轨道-桥梁系统的空间振动分析模型，并将桥墩病害状态引入空间振动分析模型；

S2：基于引入桥墩病害状态后的空间振动分析模型进行模拟得到σ_p-V关系和σ_c-V关系，σ_p为列车-轨道-桥梁系统横向振动的输入能量，σ_c为列车脱轨时列车-轨道-桥梁系统横向振动极限抗力做功，V为车速；

S3：基于所述σ_p-V关系、所述σ_c-V关系判别设计车速V_d下列车是否会发生脱轨，若发生脱轨，桥墩病害影响列车运行；

步骤S3中的判别方式如下：

A：基于所述σ_p-V关系、所述σ_c-V关系计算各个相邻车速下对应的Δσ_c和Δσ_p；

B：计算Δσ_c＝Δσ_p时对应的车速，所述车速为临界车速V_cr；

C：判断所述临界车速V_cr是否小于设计车速V_d，若小于，判定列车会发生脱轨，并将桥墩伤损状态以及相应维修等级设置为伤损III级、维修III级；

其中，Δσ_c、Δσ_p分别为基于所述σ_p-V关系、所述σ_c-V关系计算的运行车速及相邻车速之间的σ_p、σ_c的增量；

S4：根据所述临界车速V_cr计算出列车的容许极限车速V_L，存在：V_L＝V_cr/K，K为安全系数；

S5：计算最大运行车速V₁小于容许极限车速V_L条件下的系统动力响应，系统动力响应包括：桥梁横向振幅限值、Speing平稳性指标，基于所述系统动力响应判断是否满足预设规范要求，若不满足预设规范要求，则将相应的伤损状态判定为伤损II级，并将相应的维修等级定为维修II级；若满足预设规范要求，则将相应的伤损状态判定为伤损I级，并将相应的维修等级定为维修I级；

所述空间振动分析模型中的空间振动矩阵方程是基于列车空间振动计算模型和轨道-桥梁系统空间振动计算模型推导得到；

其中，所述轨道-桥梁系统空间振动计算模型构建过程为：

首先，设置边界条件；

其次，根据边界条件建立轨道-桥梁系统空间振动位移模式；

{δ}_BP为轨道-桥梁系统位移矩阵；{δ}₁、{δ}₂表示梁段单元左端节点和右端节点的振动位移模式，下标1、2分别表示梁段单元左端节点和右端节点；

式中：上标T表示钢轨的位移，上标S表示轨枕的位移，上标B表示主梁的位移；下标R表示梁段单元右侧，下标L表示梁段单元左侧；下标U、D分别表示T梁的上翼缘和下翼缘；U、V、W、θ分别表示梁段单元沿X、Y、Z三个方向的线位移和转角位移；

分别表示针对梁段单元左端节点、右端节点时梁段单元右侧钢轨沿X、Y、Z三个方向的线位移，分别表示针对梁段单元左端节点、右端节点时梁段单元左侧钢轨沿X、Y、Z三个方向的线位移，分别表示针对梁段单元左端节点、右端节点时梁段单元右侧钢轨沿X、Y、Z三个方向的转角位移，分别表示针对梁段单元左端节点、右端节点时梁段单元左侧钢轨沿X、Y、Z三个方向的转角位移；V₁^S,分别为第1根轨枕在Y方向上的位移，以及第1根轨枕在右边、左边与钢轨联接点在Z方向上的位移；为梁段单元左侧节点主梁上翼缘、下翼缘横向位移及其绕Z方向的转角；为梁段单元左侧节点主梁右侧、左侧竖向位移及其绕Y方向的转角；

分别为第N₁根轨枕在Y方向上的位移，以及第N₁根轨枕在右边、左边与钢轨联接点在Z方向上的位移，N₁为轨枕根数；为梁段单元右侧、左侧钢轨沿X方向的翘曲变形；为梁段单元右侧节点主梁上翼缘、下翼缘横向位移及其绕Z方向的转角；为梁段单元右侧节点主梁右侧、左侧竖向位移及其绕Y方向的转角；

最后，根据轨道-桥梁空间振动位移模式，建立相应的空间振动势能Π_BP：

Π_Tj—第j个梁段单元中轨道结构空间振动势能；

—第j个梁段单元中主梁结构的弹性应变能；

—第j个梁段单元中主梁结构的惯性力势能；

—第j个梁段单元中主梁结构的阻尼力势能；

Π_SBj—第j个梁段单元中轨枕与主梁间的弹簧变形能与阻尼力势能之和；

—桥墩的弹性应变能、惯性力势能、阻尼力势能之和；

Π_BD—主梁梁端与墩顶间的弹簧变形能与阻尼力势能之和；

Π_PD—墩底与地基间的弹簧变形能之和；

N-梁段单位的个数。