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专利号: 2019108111611
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种轨道不平顺确定方法,其特征在于,所述方法包括:获取影响轨道不平顺的层间联结失效参数;

将所述层间联结失效参数输入至预先构建的桥梁—轨道变形模型,计算所述轨道不平顺的改变值;

根据所述改变值确定所述轨道不平顺;

其中,所述桥梁—轨道变形模型的构建过程为:获取待构建桥梁的桥梁结构图和简支梁位移矩阵,基于所述桥梁结构图建立简支梁及轨道层间结构的直角坐标系,其中,所述直角坐标系包括简支梁、底座、道岔床、轨道的直角坐标系;

基于所述直角坐标系,建立所述待构建桥梁的层间位移矩阵和层间作用力矩阵,其中,所述层间位移矩阵包括:表征底座层间位移矩阵的第一竖向矩阵、表征道岔床层间位移矩阵的第二竖向矩阵和表征轨道层间位移矩阵的第三竖向矩阵,所述层间作用力矩阵包括:表征接触弹簧力的第一矩阵、表征砂浆弹簧力的第二矩阵和表征扣件力的第三矩阵;

结合所述简支梁位移矩阵、所述层间位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成所述桥梁—轨道变形模型;

结合所述简支梁位移矩阵、所述层间位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成所述桥梁—轨道变形模型的步骤包括:

根据所述简支梁位移矩阵、所述层间位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成待构建桥梁的桥梁附加变形映射至轨面的竖向变形映射通用模型矩阵;

利用所述竖向变形映射通用模型矩阵求解所述层间位移矩阵;

根据求解出的所述层间位移矩阵计算刚度矩阵,其中,所述刚度矩阵包括表征接触弹簧力刚度的第一刚度矩阵、表征砂浆弹簧力刚度的第二刚度矩阵和表征扣件力刚度的第三刚度矩阵;

根据求解出的所述层间位移矩阵和所述刚度矩阵,得出所述层间作用力矩阵;

基于得出的所述层间作用力矩阵和求解出的所述层间位移矩阵构建所述桥梁—轨道变形模型;

所述第一竖向矩阵表示为:Vp=A1Pca+A2Pc+BGr+B1Gs+B2Gp;所述第二竖向矩阵表示为:Vs=CPf+C1Pca+C2Pc+DGr+D1Gs+D2Gp;所述第三竖向矩阵表示为:Vr=HPf+H1Pca+H2Pc+IGr+I1Gs+I2Gp;所述第一矩阵表示为:Pc=Kc(Vp‑Vb);所述第二矩阵表示为:Pca=Kca(Vs‑Vp‑h);所述第三矩阵表示为:Pf=KfVr‑KfVs;

根据所述简支梁位移矩阵、所述层间位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成待构建桥梁的桥梁附加变形映射至轨面的竖向变形映射通用模型矩阵的步骤包括:联立所述简支梁位移矩阵,以及所述第一竖向矩阵、所述第二竖向矩阵、所述第三竖向矩阵、所述第一矩阵、所述第二矩阵和所述第三矩阵生成所述竖向变形映射通用模型矩阵;

其中,所述简支梁位移矩阵表示为:Vb=Ld1+Zd2;

所述竖向变形映射通用模型矩阵表示为:其中,E为单位矩阵;Vp、Vs、Vr、Vb分别表示为所述第一竖向矩阵、所述第二竖向矩阵、所述第三竖向矩阵、所述简支梁位移矩阵;A1、A2为分别表示为砂浆弹簧力、接触弹簧力对底座竖向变形的影响矩阵;B、B1、B2分别表示为轨道自重、道岔床自重、底座自重对底座竖向变形的影响矩阵;Gp、Gs、Gr分别表示为底座重力矩阵、道岔床重力矩阵、轨道重力矩阵;C、C1、C2分别表示为扣件力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对道岔床竖向变形的影响矩阵;Pf、Pc、Pca分别为第三矩阵、第一矩阵、第二矩阵;Kf、Kc、Kca分别表示为所述第三刚度矩阵、所述第一刚度矩阵、所述第二刚度矩阵;D、D1、D2分别表示为轨道自重、道岔床自重、底座自重对道岔床竖向变形的影响矩阵;H、H1、H2分别表示为扣件力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对轨道竖向变形的影响矩阵;I、I1、I2分别表示为轨道自重、道岔床自重、底座自重对轨道竖向变形的影响矩阵;L和Z分别表示为左侧和右侧支座位移对桥梁位移的影响矩阵,d1和d2分别表示为接触弹簧所在桥梁的左侧和右侧支座处桥梁简支梁位移矩阵;h表示道岔床与CA砂浆层的初始距离矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:计算所述待构建桥梁的每个扣件处的底座的变形值;

根据每个所述底座的变形值建立所述第一竖向矩阵;

其中,第t个扣件处的底座的变形值的计算公式为:其中,t=[1...n],j=[1...n],n表示扣件的数量,j、t分别表示为第j个扣件和第t个扣件;ls、lp、lr分别表示为道岔床、底座、轨道的总长度;Ypt表示第t个扣件处的底座的变形值;Ep表示底座的弹性模量;lpj、lpt分别表示第j个和第t个扣件距离直角坐标系坐标原点的底座的长度;Pc表示第一矩阵;Ip表示底座的截面惯性矩;Pca表示第二矩阵;kc表示第一刚度矩阵;Pca_j表示第j个扣件处砂浆弹簧力;Pc_j表示第j个扣件处的接触弹簧力;

分别表示道岔床、底座、轨道的平均质量;g为重力加速度;

所述方法还包括:

计算所述待构建桥梁的每个扣件处的道岔床的变形值;

根据每个所述道岔床的变形值建立所述第二竖向矩阵;

其中,第t个扣件处的道岔床的变形值的计算公式为:其中,Yst表示第t个扣件处的道岔床的变形值;lst、lsj分别表示第t个和第j个扣件距离直角坐标系坐标原点的道岔床的长度;Es表示道岔床的弹性模量;Is表示道岔床的截面惯性矩;Kca表示第二刚度矩阵;Pf表示第三矩阵;Pf_j表示第j个扣件处的扣件力;

所述方法还包括:

计算所述待构建桥梁的每个扣件处的轨道的变形值;

根据每个所述轨道的变形值建立所述第三竖向矩阵;

其中,第t个扣件处的轨道的变形值的计算公式为:其中,Yrt表示第t个扣件处的轨道的变形值;lrj表示为第j个扣件距离直角坐标系坐标原点的轨道的长度;Er表示轨道的弹性模量;lrt表示为第t个扣件距离直角坐标系坐标原点的轨道的长度;Ir表示轨道的截面惯性矩;Kf表示第三刚度矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,根据求解出的所述层间位移矩阵计算刚度矩阵的步骤包括:

计算所述待构建桥梁的每个扣件处的底座的变形值与对应位置处桥梁简支梁竖向位移之间的差值;

根据每个所述差值得到对应扣件处的接触弹簧力刚度;

基于每个所述接触弹簧力刚度建立所述第一刚度矩阵;

计算所述待构建桥梁的每个扣件处的底座的变形值与对应位置处道岔床的变形值的差值;

根据每个所述差值得到对应扣件处的砂浆弹簧力刚度;

基于每个所述砂浆弹簧力刚度建立所述第二刚度矩阵;

计算所述待构建桥梁的每个扣件处的道岔床的变形值与对应位置处轨道的变形值之间的差值;

根据每个所述差值得到对应扣件处的扣件力刚度;

基于每个所述扣件力刚度建立所述第三刚度矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述根据求解出的所述层间位移矩阵和所述刚度矩阵,得出所述层间作用力矩阵的步骤包括;

计算所述第一竖向矩阵与所述简支梁位移矩阵的差值,获取底座‑简支梁差值矩阵,并将所述底座‑简支梁差值矩阵与所述第一刚度矩阵相乘,以得到所述第一矩阵;

计算所述第一竖向矩阵与所述第二竖向矩阵的差值,获取底座‑道岔床差值矩阵,并将所述底座‑道岔床差值矩阵与所述第二刚度矩阵相乘,以得到所述第二矩阵;

计算所述第三竖向矩阵与所述第二竖向矩阵的差值,获取轨道‑道岔床差值矩阵,并将所述轨道‑道岔床差值矩阵与所述第三刚度矩阵相乘,以得到所述第三矩阵。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述改变值确定所述轨道不平顺之后,所述方法还包括:根据所述轨道不平顺绘制轨道不平顺变形曲线。

6.一种轨道不平顺确定装置,其特征在于,所述装置包括:获取模块,用于获取影响轨道不平顺的层间联结失效参数;

计算模块,用于将所述层间联结失效参数输入至预先构建的桥梁—轨道变形模型,计算所述轨道不平顺的改变值;

确定模块,用于根据所述改变值确定所述轨道不平顺;

其中,所述桥梁—轨道变形模型的构建过程为:获取待构建桥梁的桥梁结构图和简支梁位移矩阵,基于所述桥梁结构图建立简支梁及轨道层间结构的直角坐标系,其中,所述直角坐标系包括简支梁、底座、道岔床、轨道的直角坐标系;

基于所述直角坐标系,建立所述待构建桥梁的层间位移矩阵和层间作用力矩阵,其中,所述层间位移矩阵包括:第一竖向矩阵、第二竖向矩阵和第三竖向矩阵,所述层间作用力矩阵包括:第一矩阵、第二矩阵和第三矩阵;

结合所述简支梁位移矩阵、所述层间位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成所述桥梁—轨道变形模型;

结合所述简支梁位移矩阵、所述层间位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成所述桥梁—轨道变形模型的步骤包括:

根据所述简支梁位移矩阵、所述层间位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成待构建桥梁的桥梁附加变形映射至轨面的竖向变形映射通用模型矩阵;

利用所述竖向变形映射通用模型矩阵求解所述层间位移矩阵;

根据求解出的所述层间位移矩阵计算刚度矩阵,其中,所述刚度矩阵包括表征接触弹簧力刚度的第一刚度矩阵、表征砂浆弹簧力刚度的第二刚度矩阵和表征扣件力刚度的第三刚度矩阵;

根据求解出的所述层间位移矩阵和所述刚度矩阵,得出所述层间作用力矩阵;

基于得出的所述层间作用力矩阵和求解出的所述层间位移矩阵构建所述桥梁—轨道变形模型;

所述第一竖向矩阵表示为:Vp=A1Pca+A2Pc+BGr+B1Gs+B2Gp;所述第二竖向矩阵表示为:Vs=CPf+C1Pca+C2Pc+DGr+D1Gs+D2Gp;所述第三竖向矩阵表示为:Vr=HPf+H1Pca+H2Pc+IGr+I1Gs+I2Gp;所述第一矩阵表示为:Pc=Kc(Vp‑Vb);所述第二矩阵表示为:Pca=Kca(Vs‑Vp‑h);所述第三矩阵表示为:Pf=KfVr‑KfVs;

根据所述简支梁位移矩阵、所述层间位移矩阵和所述层间作用力矩阵,生成待构建桥梁的桥梁附加变形映射至轨面的竖向变形映射通用模型矩阵的步骤包括:联立所述简支梁位移矩阵,以及所述第一竖向矩阵、所述第二竖向矩阵、所述第三竖向矩阵、所述第一矩阵、所述第二矩阵和所述第三矩阵生成所述竖向变形映射通用模型矩阵;

其中,所述简支梁位移矩阵表示为:Vb=Ld1+Zd2;

所述竖向变形映射通用模型矩阵表示为:其中,E为单位矩阵;Vp、Vs、Vr、Vb分别表示为所述第一竖向矩阵、所述第二竖向矩阵、所述第三竖向矩阵、所述简支梁位移矩阵;A1、A2为分别表示为砂浆弹簧力、接触弹簧力对底座竖向变形的影响矩阵;B、B1、B2分别表示为轨道自重、道岔床自重、底座自重对底座竖向变形的影响矩阵;Gp、Gs、Gr分别表示为底座重力矩阵、道岔床重力矩阵、轨道重力矩阵;

C、C1、C2分别表示为扣件力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对道岔床竖向变形的影响矩阵;Pf、Pc、Pca分别为第三矩阵、第一矩阵、第二矩阵;Kf、Kc、Kca分别表示为所述第三刚度矩阵、所述第一刚度矩阵、所述第二刚度矩阵;D、D1、D2分别表示为轨道自重、道岔床自重、底座自重对道岔床竖向变形的影响矩阵;H、H1、H2分别表示为扣件力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对轨道竖向变形的影响矩阵;I、I1、I2分别表示为轨道自重、道岔床自重、底座自重对轨道竖向变形的影响矩阵;L和Z分别表示为左侧和右侧支座位移对桥梁位移的影响矩阵,d1和d2分别表示为接触弹簧所在桥梁的左侧和右侧支座处桥梁简支梁位移矩阵;h表示道岔床与CA砂浆层的初始距离矩阵。