[發明專利]一種高速鐵路橋梁震致損傷后軌道映射變形的計算方法

有效

• 申請號: 202010123856.3
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111310270B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 蔣麗忠;聶磊鑫;周旺保;馮玉林;鄭蘭;劉麗麗;劉韶輝;吳凌旭;許添鑫
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F17/15;G06F17/13;G06F17/12;E01B35/12;G06F111/10
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種高速鐵路橋梁震致損傷后軌道映射變形的計算方法，包括以下步驟：S1建立基本假設；S2建立橋梁結構變形與無砟軌道結構變形間映射關系計算模型；S3模型求解。本發明提出適用高速鐵路中各種軌道結構形式的高速鐵路橋上軌道不平順與軌下部件地震損傷變形間映射關系計算方法。定量分析高速鐵路橋梁中，橋墩、支座及軌道結構各關鍵構件累積損傷與軌面變形的映射關系；本發明克服現行高速鐵路橋上軌道不平順與軌下部件地震損傷變形間映射關系計算方法中未考慮軌道結構層間接觸的非線性的不足；本發明克服現行高速鐵路橋上軌道不平順與軌下部件地震損傷變形間映射關系計算方法中未考慮路基邊界條件的不足。

技術領域

本發明涉及一種高速鐵路橋梁震致損傷后軌道映射變形的計算方法。

背景技術

地震作用下橋梁結構將不可避免地產生橋墩傾斜、梁體錯臺及轉角、支座變形等多種損傷變形模式，這些累積的殘余損傷變形大多會映射至軌面，引起軌道附加不平順。當列車高速通過時，這種軌道附加不平順會增大輪軌界面的激擾，進而通過輪軌動力相互作用引起列車振動加劇，導致列車安全性和舒適性指標變差，最終影響高速列車行車安全。

但是高速鐵路橋上軌道不平順與軌下部件地震損傷變形間映射關系研究尚少，難以確定震后高速鐵路橋上行車安全速度限值。

目前已有的軌道不平順與結構變形間映射關系計算方法均基于結構微段平衡條件，由于軌道結構為多層疊合梁結構，計算方法推演過程繁瑣，形式復雜。而且在計算方法中沒有考慮軌道結構層間接觸非線性的影響，也未考慮路基邊界條件的影響。

發明內容

本發明的目的是提供一種算法簡單，也充分考慮路基邊界的高速鐵路橋梁震致損傷后軌道映射變形的計算方法。

本發明這種高速鐵路橋梁震致損傷后軌道映射變形的計算方法，包括以下步驟：

S1建立基本假設:

根據高速鐵路橋梁結構以及軌道結構層間接觸情況，可以分為4種情況，①橋梁結構為：單元板式無砟軌道，軌道結構層間的變形考慮為彈性變形；②橋梁結構為：縱連板式無砟軌道，軌道結構層間的變形考慮為彈性變形；③橋梁結構為：單元板式無砟軌道，軌道結構層間的變形考慮為非彈性變形；④橋梁結構為：縱連板式無砟軌道，軌道結構層間的變形考慮為非彈性變形；根據上述4種情況，分別建立橋梁結構變形與無砟軌道結構變形間映射關系計算模型的基本假設；

S2建立橋梁結構變形與無砟軌道結構變形間映射關系計算模型：

根據S1步驟中的假設，建立系統總勢能的表達式，然后基于勢能駐值原理，對系統總勢能表達式進一步化簡，得到化簡后的表達式；

根據化簡后的表達式，獲得鋼軌和軌道板變形函數；

在S1步驟中，軌道結構層間的變形考慮為彈性變形(第①和②種情況)，根據化簡后的表達式，分別求出第①和②種情況下的自然邊界條件；將變形函數分別代入①和②自然邊界條件中，可以獲得鋼軌和軌道板的變形函數的解析式，即為軌道結構層間接觸考慮為彈性時，橋梁結構變形與無砟軌道結構變形間映射關系計算模型；

在S1步驟中，軌道結構層間的變形考慮為非彈性變形(第③和④種情況)，根據化簡后的表達式，并結合軌道的脫空情況，分別獲取第③和④種情軌道板邊界條件和鋼軌的邊界條件，邊界條件結合變形函數，即為軌道結構層間接觸考慮為非彈性時，橋梁結構變形與無砟軌道結構變形間映射關系計算模型；

S3模型求解：

根據S1步驟中的假設并結合具體的參數，對步驟2)中的模型進行求解，即可獲得鋼軌和軌道板的映射變形曲線。

所述S1步驟中，第①種情況的基本假設為：