[發明專利]一種有砟軌道道砟墊靜剛度測試荷載范圍確定方法

在審

• 申請號: 202111560416.5
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114239360A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉燕濤;張利;韋凱;張強;陳長君;牛鳳鳴;趙春長;郝曉成;米洋;李曉明;肖讀杰;歐成章;張翔;馬文軍;王飛
• 申請（專利權）人: 中鐵第六勘察設計院集團有限公司;中國鐵路北京局集團有限公司北京工程項目管理部;西南交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 天津睿勤專利代理事務所(普通合伙) 12225
• 代理人: 孟福成

本發明提供了一種有砟軌道道砟墊靜剛度測試荷載范圍確定方法，判斷道砟墊剛度范圍，設置不同道砟墊剛度工況，并對每個不同道砟墊剛度工況建立離散元模型；在離散元軟件PFC中，軌枕通過PFC軟件自帶的內置算法用Clump簇顆粒來模擬，簇內部用球顆粒填充；不同形狀的道砟顆粒用不同數量的球顆粒堆積而成，并按道砟的級配隨機生成道砟顆粒；道砟墊用球顆粒填充，道砟墊的剛度主要通過球顆粒間的接觸剛度模擬；計算各個工況下道砟墊承受的最小荷載和最大荷載，并以各工況最小荷載的中值和最大荷載的中值作為測試荷載范圍。本發明對于荷載作用于有砟道床上力的傳遞特性模擬更為真實，更能準確的得到道砟墊的測試荷載范圍。

技術領域

本發明屬于有砟軌道道砟墊靜剛度評價領域，特別涉及一種有砟軌道道砟墊靜剛度測試荷載范圍確定方法。

背景技術

有砟軌道一般由鋼軌、扣件、軌枕、道砟、道砟墊、基底組成。道砟墊具有一定的彈性，鋪設在道砟的底部，可降低列車荷載對基底的沖擊，減小鐵路沿線周邊振動。道砟墊大多由橡膠材料制成，屬于高分子材料中的一種，其剛度會受到荷載大小的影響。鐵路運營中，道砟墊會受到軌道結構的擠壓，道砟墊剛度不同，其承受力的大小會不同；對道砟墊施加的荷載不同，道砟墊的剛度會不同。因而，對道砟墊靜剛度進行評估時，其測試荷載范圍的確定就尤為重要。

道砟墊的剛度對于鐵路運營的安全性與減振性影響較大，為準確得到道砟墊的靜剛度，十分重要的一步就是確定道砟墊的測試荷載范圍。目前，道砟墊靜剛度的測試方法是將一塊300mm×300mm的道砟墊放在一塊模擬道砟顆粒的加載板下，對板進行加載，并循環三個周期，通過得到的荷載-位移關系，計算道砟墊靜剛度。不同的荷載范圍，得到的靜剛度會不同，為了準確評價道砟墊靜剛度，就需要提供準確的測試荷載范圍。測試荷載范圍一般指的是道砟墊受到力的最小值和最大值這個區間，因此需要確定道砟墊測試過程中受到力的最小值與最大值。

道砟墊測試荷載范圍的確定是跟據鐵路運營時道砟墊所承受的荷載來確定的。即沒有列車經過時，主要受到軌道結構的自重荷載；列車經過時，會受到車輛荷載的疊加作用，但真實情況下道砟墊所承受的荷載難以通過實測得到，雖然可以通過在墊子中加傳感器得到真實的道砟墊測試荷載，但成本太高，不夠經濟。

在無法得到實際的測試荷載數據情況下，目前，確定道砟測試荷載范圍的方式主要是通過有限元計算，在有限元軟件中建立鋼軌、軌枕、道床、基底等結構，道砟墊通過彈簧剛度與阻尼進行模擬。由于一開始道砟墊的剛度是未知的，因而需要設置多個剛度的工況，分析不同道砟墊剛度下分別在軌道自重荷載、車輛荷載作用下，道砟墊長寬300mm×300mm尺寸范圍內承受的荷載大小，根據不同道砟墊剛度下計算得到的承受荷載最小值和最大值來確定測試荷載范圍。

在無法得到實際的測試荷載數據情況下，現有方式一般采有限元仿真得到道砟墊的測試荷載范圍，但有限元難以模擬道砟顆粒的堆積，而是把所有道砟顆粒視為一個連續整體，不能精確模擬道砟墊的受力特性，對道砟墊的測試荷載評估不夠準確。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種有砟軌道道砟墊靜剛度測試荷載范圍確定方法，充分考慮了道砟的離散特性，對于荷載作用于有砟道床上力的傳遞特性模擬更為真實，更能準確的得到道砟墊的測試荷載范圍。

為了實現上述目的，本發明實施例采用的技術方案如下：

本發明提供了一種有砟軌道道砟墊靜剛度測試荷載范圍確定方法，所述方法包括如下步驟：

步驟S1，判斷道砟墊剛度范圍，根據此范圍按0.01N/mm³為間隔設置不同道砟墊剛度工況，并對每個不同道砟墊剛度工況建立離散元模型；根據有砟軌道結構設計圖紙，利用CAD軟件分別繪出軌枕、道床、道砟墊截面廓形，然后分別將各結構廓形導入離散元軟件PFC中，在PFC軟件中以墻體作為各結構的邊界；