[发明专利]无砟轨道典型伤损对高速列车运行安全性影响的评估方法

权利要求书

1.一种无砟轨道典型伤损对高速列车运行安全性影响的评估方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

A.依据现场调研分析高速铁路无砟轨道结构伤损的特征和机理，明确无砟轨道结构各种典型伤损形式和成因，并且建立考虑伤损的无砟轨道结构模型；

B.依据无砟轨道结构模型，结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，从动力学出发，模拟无砟轨道结构伤损行为；

C.通过室内足尺模型试验，测试典型伤损条件下无砟轨道层间特殊的荷载-位移本构关系及无砟轨道结构系统关键系数；将无砟轨道伤损作为初始缺陷，建立无砟轨道结构精细化有限元模型；

D.针对无砟轨道结构不同位置、不同形式和不同程度的典型伤损，基于列车脱轨能量随机分析理论，建立典型伤损状态下的高速列车-无砟轨道结构系统振动分析模型，针对不同程度的典型伤损分别进行动力特性计算分析；

E.选择参数，并输入到高速列车-无砟轨道结构系统振动分析模型中，计算各种典型伤损引起的车轨动力响应，记录列车脱轨系数、轮重减载率、sperling指标、车体振动加速度、转向架与钢轨横向相对位移以及车轮与钢轨之间的相对位置；

F.结合机车车辆、轨道动力学和轨道结构强度评价指标，评价无砟轨道结构伤损对轨道结构本身以及相关结构的力学行为、行车安全性及舒适性的影响，并进行伤损分级；生成相应等级的无砟轨道结构伤损养护维修技术标准。

2.根据权利要求1所述的一种无砟轨道典型伤损对高速列车运行安全性影响的评估方法，其特征在于，步骤A中所述伤损形式包括扣件失效、轨道板开裂与翘曲、离缝与脱空、道床板上拱离缝、砂浆层劣化与脱空、路基沉降与路桥过渡段不均匀沉降。

3.根据权利要求1一种无砟轨道典型伤损对高速列车运行安全性影响的评估方法，其特征在于，步骤D中所述高速列车-无砟轨道结构系统振动分析模型的建立方法为：

T1.建立轨道模型

无砟轨道结构单元坐标系取在轨道自身平面内，X坐标轴为在线路平面内沿线路中心线的坐标轴即轨道纵向，Y坐标轴为在线路平面内垂直线路中心线的坐标轴即轨道横向，Z坐标轴为垂直线路平面的坐标轴即轨道竖向，并符合右手螺旋定则；

取相邻两扣件间的轨道板为一个轨段单元，即一小段板式无碴轨道，长度为B，宽度为L，则整个板式无碴轨道可视为这些轨段单元的集合；混凝土底座视为弹性薄板，置于弹性路基上，路基视为连续基础粘滞阻尼器和弹簧，其竖向阻尼系数及弹性系数分别为C_dv和K_dv；轨道板亦视为弹性薄板，通过模拟为连续基础粘滞阻尼器和弹簧的水泥沥青砂浆CAM与混凝土底座连接，CAM的横向阻尼系数及弹性系数分别为C_ml和K_ml，竖向阻尼及弹性系数分别为C_mv和K_mv；钢轨视为弹性点支承Euler梁，通过模拟为离散支点粘滞阻尼器和弹簧扣件与胶垫和轨道板之间通过离散支点的扣件系统相连接，扣件系统的横向阻尼系数及弹性系数分别为C_ul和K_ul，竖向阻尼及弹性系数分别为C_uv和K_uv；

T2.建立高速列车模型

机车车辆采用整车模型并将其分别离散为具有二系悬挂的26个自由度的多刚体系统，车体及转向架均考虑伸缩、横摆、浮沉、侧滚、点头及摇头振动的6个自由度，每个轮对仅考虑横摆振动及浮沉2个自由度；轮轨之间的接触考虑轮轨位移衔接条件及轮轨游间的影响，基于弹性系统动力学总势能不变原则和矩阵的对号入座法，采用Wilson-θ法编程并进行求解，计算出各种典型伤损条件列车-轨道系统随时间t变化的空间振动响应。