[發明專利]一種適用于無縫鋼軌凹型焊縫處的沖擊荷載計算方法

有效

• 申請號: 202011304707.3
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112464455B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 董捷;張壯;董少華;王志崗;李冉;鄭英豪
• 申請（專利權）人: 河北建筑工程學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 天津漿果知識產權代理事務所(普通合伙) 12240
• 代理人: 王龑

1.一種適用于無縫鋼軌凹型焊縫處的沖擊荷載計算方法，其特征在于：包括以下步驟：

(ⅰ)收集并計算輪軌沖擊荷載相應參數

建立列車和軌道的垂向模型，獲取輪軌沖擊荷載的相關參數；

(ⅱ)根據時間關系得臨界速度表達式及具體數值

根據時間關系，得到臨界速度表達式，結合輪軌沖擊荷載的相關參數，得到臨界速度；

(ⅲ)判斷列車速度是否大于臨界速度

根據臨界速度對列車速度進行判定，大于臨界速度為高速運行，小于臨界速度為低速運行；

(ⅳ)采用高速運行時推導的高頻瞬態沖擊力和中低頻響應力修正公式進行計算

建立高速運行時的力學模型，得到高速運行時的沖擊速度并得到修正后沖擊力計算公式；

(ⅴ)采用低速運行時推導的高頻瞬態沖擊力和中低頻響應力修正公式進行計算

建立低速運行時的力學模型，得到低速運行時的沖擊速度并得到修正后沖擊力計算公式；

步驟(ⅳ)中高速運行時的沖擊速度和修正計算后沖擊力公式具體如下：

當重載列車運行速度高于v₀時，車輪在經過A點后開始做平拋運動，經過凹陷部位的時間由車輪水平速度決定，車輪運行至B點時沖擊速度主要包括車輪做自由落體運動接觸軌道的速度和車輪旋轉產生的垂直分量v_y2(v_y2＝γv₁sinβ≈γv₁β)兩部分組成，其中，μ為列車力學參數比，具體為列車簧上簧下質量之和與簧下質量比值乘以重力加速度，

由幾何關系解得：

則無縫鋼軌接頭處的沖擊速度為：

計算得出：

轉角α為:

修正公式如下：

其中，v₁—車輪進入鋼軌接頭前的運行速度；v₂—車輪鋼軌接頭B點的速度；l₀—鋼軌接頭凹陷部位長度；M₁，M₂—為重載列車車輛簧上、簧下質量，kg；R—車輪半徑；γ—車輪旋轉慣量轉換為往復慣量的系數；α—車輪轉角；h—車輪軸心下降高度；P_st—重載列車靜態輪載，kN；K_H—線性的輪軌接觸剛度；m_e—有效軌道質量，kg，取0.4m,其中m為一根當量彈性地基梁的分布軌道質量，m＝m_r+m_s/a,其中m_r為鋼軌單位長度質量，kg/m，m_s為半根軌枕質量，kg，a為軌枕間隔，取0.6m；m_u—車輛簧下質量；m_t—軌道集中質量，kg，

其中k為鋼軌分布剛度，E為鋼軌彈性模量，J為鋼軌截面慣性矩；k_t—軌道集中剛度，N/m，C_t—軌道的集中阻尼，N·s·m^-1，其中C為軌道分布阻尼，N·s·m^-1。

2.根據權利要求1所述的一種適用于無縫鋼軌凹型焊縫處的沖擊荷載計算方法，其特征在于：步驟(ⅰ)中重載的列車簡化為一個二系彈簧質量體系模型。

3.根據權利要求2所述的一種適用于無縫鋼軌凹型焊縫處的沖擊荷載計算方法，其特征在于：步驟(ⅰ)中考慮到列車和軌道模型的對稱性，取一半結構進行動力分析。

4.根據權利要求3所述的一種適用于無縫鋼軌凹型焊縫處的沖擊荷載計算方法，其特征在于：步驟(ⅰ)中忽略列車蛇形運動等產生的橫向振動荷載，只考慮輪軌系統的垂向振動效應。

5.根據權利要求4所述的一種適用于無縫鋼軌凹型焊縫處的沖擊荷載計算方法，其特征在于：步驟(ⅰ)中鋼軌為Winkler彈性地基梁基礎上的Euler梁模型。