[发明专利]一种轨道交通小比例试验模拟加载方法

说明书

本发明公开了一种轨道交通小比例试验模拟加载方法。根据设计比例、动力相似设计方法、轴重并给予初始压力来确定受力荷载时程简化表达式；然后将作动器布置在铁路轨道结构中心位置处上方，单个加载或两个对称以路基纵断面为中心放置，从而实现真实模拟小比例模型中的列车动荷载，解决列车运行引起的轨道和路基变形等问题。

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道交通小比例试验模拟加载方法。

背景技术

我国高铁和地铁规模巨大、建设发展快但历史短，列车运行引起的轨道和路基变形等问题正在引起人们的关注。目前这类问题的研究主要进行小比例模型试验，而试验的第一步就需要确定列车动荷载形式。以往的小比例试验研究中，一般对列车动荷载等效为静力荷载形式。已有研究表明，当列车速度增大时，某瞬间列车传递至钢轨处的动荷载也会增大，即认为动荷载是与时间相关的函数，因此不能简单将列车荷载以静力形式考虑，而应该把小比例试验荷载加载作为动力问题进行研究，即列车动荷载应按照动力相似进行设计。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种轨道交通小比例试验模拟加载方法，克服现有技术中只有针对足尺模型进行模拟荷载加载的方法，以真实模拟小比例模型中的列车动荷载，改善列车运行引起的轨道和路基变形等问题。

本发明建立了小比例模型的输入荷载与原型输入荷载的对应关系，使小比例模型的输入荷载下有了明确依据，从而使得动力响应结果有足够的可信度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

动力相似设计方法即通过量纲方程，根据选择的参量建立起供相似分析用的物理量。弹模相似常数S_E和长度相似常数S_l为根据模型试验条件进行自主定义的已知参数，弹模相似常数S_E量纲为N/m²，长度相似常数S_l量纲为m，荷载缩尺系数S_F量纲为N，则S_F＝S_E*S_l²，从而得到了原型输入荷载和模型输入荷载的相似比例S_F。

设计流程如下：首先定义作动器输入荷载函数F的计算公式；然后根据试验目的和施工条件，确定弹模相似常数S_E、长度相似常数S_l等相似常数(即与原型的比例关系)，通过量纲分析求出荷载缩尺系数S_F＝S_E*S_l²；再给予作动器初始预压力B，作为作动器初始加压，限定B数值小于S_E*S_l²*Q，得到最终输入荷载函数公式。

一种轨道交通小比例试验模拟加载方法，包括以下过程：

(1)定义作动器输入荷载函数公式：

F＝S_F*Q*sin2πf，

其中，F为输入荷载，S_F为荷载缩尺系数，Q为一列动车分配荷载，f为输入频率；

(2)根据设计比例及动力相似设计方法确定荷载缩尺系数：

S_F＝S_E*S_l²，

其中，S_F为荷载缩尺系数，S_E为弹性模量相似常数，S_l为长度相似常数；

(3)将S_F代入荷载函数公式F＝S_F*Q*sin2πf，得到荷载时程简化表达式：

F＝S_E*S_l²*Q*sin2πf；