[发明专利]一种由铁路桥梁变形导致的无砟轨道空间映射变形的计算方法

说明书

本发明提出一种由铁路桥梁变形导致的无砟轨道空间映射变形的计算方法，所述方法包括步骤1：基于弹性薄板理论建立轨道板的计算模型；步骤2：基于欧拉梁理论建立轨道的计算模型；步骤3：建立桥梁结构不同变形特征下的计算模型；步骤4：建立结构变形与轨道线形映射关系计算模型；步骤5：映射关系模型的求解。本发明建立了铁路桥梁在空间维度上的结构变形与轨面线形映射关系模型，可基于少量的实测变形参数实现对桥梁结构变形导致的梁体全长范围内的轨道附加不平顺的准确、快速计算；克服了现有结构‑钢轨变形映射关系仅考虑轨道竖向变形，而未考虑轨道的三维变形及不同轨道间变形差值的不足。

技术领域

本发明属于铁路桥梁轨道运营状态检测与评估技术领域，特别是涉及一种由铁路桥梁变形导致的无砟轨道空间映射变形的计算方法。应用范围是铁路单箱混凝土梁式桥。

背景技术

近年来随着高速铁路运营网络的密集化及运营速度的不断提升，高铁长期运营的安全性和稳定性要求日趋严格。在列车高速行驶状态下，为保证其安全平稳运行，需要严格限制轨道的不平顺性。

受地下水位下降、地震活动等影响，运营期间桥墩的不均匀沉降、倾斜变位等难以避免。基础变位会通过层间变形协调效应映射至轨面，改变轨道结构的平顺性。同时，混凝土梁收缩、徐变、温度效应等会使梁体挠度增大，导致梁上无砟轨道产生附加变形。上述附加变形会随着高铁的运营而不断累积，并通过轮轨间的动力相互作用加剧列车的振动。当变形累加至某一限值时将对高速列车运营的安全性、舒适性等产生明显不利的影响。

研究桥梁上下部结构变形与轨面线形的映射关系可以清晰描述结构变形对轨道结构的影响，是高速铁路运营安全性研究的关键基础环节。目前关于桥梁变形与轨面线性的映射关系研究，多数仅考虑结构的竖向变形，缺乏空间维度上的三维映射变形关系研究。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的问题，从而提供了一种由铁路桥梁变形导致的无砟轨道空间映射变形的计算方法。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种由铁路桥梁变形导致的无砟轨道空间映射变形的计算方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：基于弹性薄板理论建立轨道板的计算模型；

步骤2：基于欧拉梁理论建立轨道的计算模型；

步骤3：建立桥梁结构变形计算模型；构建桥墩沉降、偏转、梁体扭转和上拱变形模式下的桥梁结构变形计算模型，并通过线性叠加获得主梁整体空间变形；

步骤4：建立结构变形与轨道线形映射关系计算模型：利用构件间的变形协调和受力平衡关系，将轨道、轨道板和桥梁结构变形计算模型进行组装，建立空间维度上的结构变形与轨道线形的映射关系计算模型；

步骤5：映射关系计算模型的求解：结合具体的结构参数与变形参数，求解映射关系计算模型，获得钢轨的映射变形和扣件力。

进一步地，所述步骤1遵循以下假定：①轨道板结构视为四边自由的弹性薄板；②轨道板下砂浆层视为Winker弹性地基；③轨道板支撑在弹性地基上。

进一步地，所述步骤1中，为建立轨道板的计算模型，首先以轨道板某一角点为坐标原点建立局部坐标系(x_s,y_s,z_s)，下标“s”表示局部坐标系下；

基于古典弹性薄板理论建立轨道板挠曲微分方程：

给出轨道板的边界条件，在x＝0和x＝a边上，弯矩M_x和剪力V_x分别满足：

在y＝0和y＝b边上，弯矩M_y和剪力V_y分别满足：