[發(fā)明專利]基于行車安全及動力響應(yīng)的鐵路橋墩傷損評定方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011305715.X
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112364426B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔凱;劉林芽;馮青松;余翠英;羅錕;劉全民
• 申請（專利權(quán)）人: 華東交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

1.一種基于行車安全及動力響應(yīng)的鐵路橋墩傷損評定方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：構(gòu)建列車-軌道-橋梁系統(tǒng)的空間振動分析模型，并將橋墩病害狀態(tài)引入空間振動分析模型；

S2：基于引入橋墩病害狀態(tài)后的空間振動分析模型進(jìn)行模擬得到σ_p-V關(guān)系和σ_c-V關(guān)系，σ_p為列車-軌道-橋梁系統(tǒng)橫向振動的輸入能量，σ_c為列車脫軌時列車-軌道-橋梁系統(tǒng)橫向振動極限抗力做功，V為車速；

S3：基于所述σ_p-V關(guān)系、所述σ_c-V關(guān)系判別設(shè)計車速V_d下列車是否會發(fā)生脫軌，若發(fā)生脫軌，橋墩病害影響列車運(yùn)行；

步驟S3中的判別方式如下：

A：基于所述σ_p-V關(guān)系、所述σ_c-V關(guān)系計算各個相鄰車速下對應(yīng)的Δσ_c和Δσ_p；

B：計算Δσ_c＝Δσ_p時對應(yīng)的車速，所述車速為臨界車速V_cr；

C：判斷所述臨界車速V_cr是否小于設(shè)計車速V_d，若小于，判定列車會發(fā)生脫軌，并將橋墩傷損狀態(tài)以及相應(yīng)維修等級設(shè)置為傷損III級、維修III級；

其中，Δσ_c、Δσ_p分別為基于所述σ_p-V關(guān)系、所述σ_c-V關(guān)系計算的運(yùn)行車速及相鄰車速之間的σ_p、σ_c的增量；

S4：根據(jù)所述臨界車速V_cr計算出列車的容許極限車速V_L，存在：V_L＝V_cr/K，K為安全系數(shù)；

S5：計算最大運(yùn)行車速V₁小于容許極限車速V_L條件下的系統(tǒng)動力響應(yīng)，系統(tǒng)動力響應(yīng)包括：橋梁橫向振幅限值、Speing平穩(wěn)性指標(biāo)，基于所述系統(tǒng)動力響應(yīng)判斷是否滿足預(yù)設(shè)規(guī)范要求，若不滿足預(yù)設(shè)規(guī)范要求，則將相應(yīng)的傷損狀態(tài)判定為傷損II級，并將相應(yīng)的維修等級定為維修II級；若滿足預(yù)設(shè)規(guī)范要求，則將相應(yīng)的傷損狀態(tài)判定為傷損I級，并將相應(yīng)的維修等級定為維修I級；

所述空間振動分析模型中的空間振動矩陣方程是基于列車空間振動計算模型和軌道-橋梁系統(tǒng)空間振動計算模型推導(dǎo)得到；

其中，所述軌道-橋梁系統(tǒng)空間振動計算模型構(gòu)建過程為：

首先，設(shè)置邊界條件；

其次，根據(jù)邊界條件建立軌道-橋梁系統(tǒng)空間振動位移模式；

{δ}_BP為軌道-橋梁系統(tǒng)位移矩陣；{δ}₁、{δ}₂表示梁段單元左端節(jié)點(diǎn)和右端節(jié)點(diǎn)的振動位移模式，下標(biāo)1、2分別表示梁段單元左端節(jié)點(diǎn)和右端節(jié)點(diǎn)；

式中：上標(biāo)T表示鋼軌的位移，上標(biāo)S表示軌枕的位移，上標(biāo)B表示主梁的位移；下標(biāo)R表示梁段單元右側(cè)，下標(biāo)L表示梁段單元左側(cè)；下標(biāo)U、D分別表示T梁的上翼緣和下翼緣；U、V、W、θ分別表示梁段單元沿X、Y、Z三個方向的線位移和轉(zhuǎn)角位移；

分別表示針對梁段單元左端節(jié)點(diǎn)、右端節(jié)點(diǎn)時梁段單元右側(cè)鋼軌沿X、Y、Z三個方向的線位移，分別表示針對梁段單元左端節(jié)點(diǎn)、右端節(jié)點(diǎn)時梁段單元左側(cè)鋼軌沿X、Y、Z三個方向的線位移，分別表示針對梁段單元左端節(jié)點(diǎn)、右端節(jié)點(diǎn)時梁段單元右側(cè)鋼軌沿X、Y、Z三個方向的轉(zhuǎn)角位移，分別表示針對梁段單元左端節(jié)點(diǎn)、右端節(jié)點(diǎn)時梁段單元左側(cè)鋼軌沿X、Y、Z三個方向的轉(zhuǎn)角位移；V₁^S,分別為第1根軌枕在Y方向上的位移，以及第1根軌枕在右邊、左邊與鋼軌聯(lián)接點(diǎn)在Z方向上的位移；為梁段單元左側(cè)節(jié)點(diǎn)主梁上翼緣、下翼緣橫向位移及其繞Z方向的轉(zhuǎn)角；為梁段單元左側(cè)節(jié)點(diǎn)主梁右側(cè)、左側(cè)豎向位移及其繞Y方向的轉(zhuǎn)角；

分別為第N₁根軌枕在Y方向上的位移，以及第N₁根軌枕在右邊、左邊與鋼軌聯(lián)接點(diǎn)在Z方向上的位移，N₁為軌枕根數(shù)；為梁段單元右側(cè)、左側(cè)鋼軌沿X方向的翹曲變形；為梁段單元右側(cè)節(jié)點(diǎn)主梁上翼緣、下翼緣橫向位移及其繞Z方向的轉(zhuǎn)角；為梁段單元右側(cè)節(jié)點(diǎn)主梁右側(cè)、左側(cè)豎向位移及其繞Y方向的轉(zhuǎn)角；

最后，根據(jù)軌道-橋梁空間振動位移模式，建立相應(yīng)的空間振動勢能Π_BP：

Π_Tj—第j個梁段單元中軌道結(jié)構(gòu)空間振動勢能；

—第j個梁段單元中主梁結(jié)構(gòu)的彈性應(yīng)變能；

—第j個梁段單元中主梁結(jié)構(gòu)的慣性力勢能；

—第j個梁段單元中主梁結(jié)構(gòu)的阻尼力勢能；

Π_SBj—第j個梁段單元中軌枕與主梁間的彈簧變形能與阻尼力勢能之和；

—橋墩的彈性應(yīng)變能、慣性力勢能、阻尼力勢能之和；

Π_BD—主梁梁端與墩頂間的彈簧變形能與阻尼力勢能之和；

Π_PD—墩底與地基間的彈簧變形能之和；

N-梁段單位的個數(shù)。