[發明專利]高速鐵路橋上有砟軌道結構力學分析及選型方法

有效

• 申請號: 201210238462.8
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102841958A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 高亮;肖宏;蔡小培;辛濤;侯博文;曲村;劉瑋;唐云
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 毛燕生

技術領域

本發明屬于鐵道工程設計技術領域，特別涉及高速鐵路橋上有砟軌道結構力學分析方法及選型方法。

背景技術

國內外高速鐵路軌道結構主要有兩種型式：有砟軌道與無砟軌道。從實踐經驗看，兩種軌道結構各有優缺點，但都能運行時速300公里的高速列車。高速鐵路究竟鋪設何種類型軌道結構，應從技術與經濟角度全面衡量決定。對于高速鐵路無砟軌道結構，我國已進行了長期系統的研究，初步形成了較為完善的技術體系；而對于高速鐵路有砟軌道結構，路基及隧道中的研究較多，橋梁上的研究相對較少。

隨著我國高速鐵路的大規模建設，有砟軌道結構的采用將不可避免。以2011年竣工通車的京滬高速鐵路為例：京滬高速鐵路無砟軌道比例達到90%以上，但是在長江和黃河大跨度橋梁、大號碼道岔區、區域性沉降嚴重的清明山至查橋（DK1154+400~DK1215+000）、以及黃渡至虹橋等橋梁地段仍然采用了有砟軌道。因此，仍需要根據我國現階段的具體國情和鐵路的技術水平，對高速鐵路橋上有砟軌道結構的適用性及合理性進行深入研究。

本發明可以彌補高速鐵路有砟軌道研究的不足，有助于形成我國高速鐵路有砟軌道技術條件，完善我國高速鐵路技術體系，研究成果將直接服務于我國高速鐵路的建設，具有重要的理論與現實意義。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種高速鐵路橋上有砟軌道結構力學分析方法及選型方法，該方法根據各種有砟軌道結構型式和減振措施的國內外應用成熟性，軌道剛度改善程度，車、軌、橋動力特性改善程度，荷載傳遞均勻性，橋梁上的二期恒載大小，軌枕的生產制造成本，軌道的養護、維修成本，機械化施工及維修難度，減振、吸聲、降噪性能，道砟液化可能性，膠墊或墊層的生產制造成本，防止水對橋梁銹蝕作用等指標綜合分析，給出高速鐵路橋上有砟軌道結構的選型方法。

本發明的技術方案是：高速鐵路橋上有砟軌道結構力學分析方法，其特征在于：所述該方法應用ANSYS軟件建立高速鐵路橋上有砟軌道結構空間耦合靜力學模型進行靜力學分析、應用FORSYS方法建立高速鐵路橋上有砟軌道結構空間耦合動力學模型、應用ADAMS+ANSYS方法建立高速鐵路橋上有砟軌道結構空間耦合動力學模型、應用ABAQUS軟件建立高速鐵路橋上有砟軌道結構空間耦合動力學模型，應用FORSYS方法、ADAMS+ANSYS方法及ABAQUS軟件建立高速鐵路橋上有砟軌道結構空間耦合動力學模型進行動力學分析及相互驗證，計算得到采用不同有砟軌道結構型式或減振措施條件下的車體垂、橫向加速度，輪軌作用力，鋼軌垂、橫向加速度和垂、橫向位移，軌下動應力，軌枕垂、橫向加速度和垂、橫向位移，道床加速度和動應力，橋梁垂、橫向加速度和垂、橫向位移；對不同有砟軌道結構型式和減振措施條件下的各項指標進行排序，并將對應的指標排序相加，得到“排序累計值”，“排序累計值”越小，說明動力學計算條件下該軌道結構型式或減振措施的總體效果越好；所述該方法應用PFC3D離散元軟件建立軌枕—道砟顆粒流空間耦合離散元模型對不同有砟軌道結構型式條件下的各項指標進行排序，并將對應的指標排序相加，得到“排序累計值”，“排序累計值”越小，說明離散元計算條件下該軌道結構型式總體效果越好；通過對高速鐵路橋上有砟軌道結構進行的靜力學分析、動力學分析及離散元分析，將不同有砟軌道結構型式和減振措施條件下的各項分析得到的“排序累計值”進行綜合匯總，得到“綜合指標排序累計值”，“綜合指標排序累計值”越小，說明綜合考慮靜力學、動力學及離散元計算分析條件下該軌道結構型式或減振措施總體效果越好。

進一步地，所述應用ANSYS軟件建立高速鐵路橋上有砟軌道結構空間耦合靜力學模型，模型由鋼軌、扣件、軌枕、道床、橋梁組成：鋼軌按實際尺寸建模，并選用梁單元對其進行處理；扣件采用彈簧單元來模擬；混凝土軌枕采用梁單元進行處理，并采用線彈性材料對其進行近似的模擬；建立道床的有限元模型時，考慮道床的厚度，選用實體單元對其進行處理；橋梁結構用實體單元按實際尺寸進行建模；考慮邊界效應的影響，兩邊設一定數量的輔助梁跨，以中間橋梁上的有砟軌道結構作為主要計算和分析對象。

進一步地，所述應用ANSYS軟件建立的高速鐵路橋上有砟軌道結構空間耦合靜力學模型，進行靜力學分析，計算得到采用不同有砟軌道結構型式或減振措施條件下的鋼軌垂、橫向位移，軌底應力，軌枕垂、橫向位移，道床垂、橫向位移，道床最大應力，道床系數和橋梁垂向位移。