[发明专利]一种高速铁路桥梁震致损伤后轨道映射变形的计算方法

说明书

本发明公开了一种高速铁路桥梁震致损伤后轨道映射变形的计算方法，包括以下步骤：S1建立基本假设；S2建立桥梁结构变形与无砟轨道结构变形间映射关系计算模型；S3模型求解。本发明提出适用高速铁路中各种轨道结构形式的高速铁路桥上轨道不平顺与轨下部件地震损伤变形间映射关系计算方法。定量分析高速铁路桥梁中，桥墩、支座及轨道结构各关键构件累积损伤与轨面变形的映射关系；本发明克服现行高速铁路桥上轨道不平顺与轨下部件地震损伤变形间映射关系计算方法中未考虑轨道结构层间接触的非线性的不足；本发明克服现行高速铁路桥上轨道不平顺与轨下部件地震损伤变形间映射关系计算方法中未考虑路基边界条件的不足。

技术领域

本发明涉及一种高速铁路桥梁震致损伤后轨道映射变形的计算方法。

背景技术

地震作用下桥梁结构将不可避免地产生桥墩倾斜、梁体错台及转角、支座变形等多种损伤变形模式，这些累积的残余损伤变形大多会映射至轨面，引起轨道附加不平顺。当列车高速通过时，这种轨道附加不平顺会增大轮轨界面的激扰，进而通过轮轨动力相互作用引起列车振动加剧，导致列车安全性和舒适性指标变差，最终影响高速列车行车安全。

但是高速铁路桥上轨道不平顺与轨下部件地震损伤变形间映射关系研究尚少，难以确定震后高速铁路桥上行车安全速度限值。

目前已有的轨道不平顺与结构变形间映射关系计算方法均基于结构微段平衡条件，由于轨道结构为多层叠合梁结构，计算方法推演过程繁琐，形式复杂。而且在计算方法中没有考虑轨道结构层间接触非线性的影响，也未考虑路基边界条件的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种算法简单，也充分考虑路基边界的高速铁路桥梁震致损伤后轨道映射变形的计算方法。

本发明这种高速铁路桥梁震致损伤后轨道映射变形的计算方法，包括以下步骤：

S1建立基本假设:

根据高速铁路桥梁结构以及轨道结构层间接触情况，可以分为4种情况，①桥梁结构为：单元板式无砟轨道，轨道结构层间的变形考虑为弹性变形；②桥梁结构为：纵连板式无砟轨道，轨道结构层间的变形考虑为弹性变形；③桥梁结构为：单元板式无砟轨道，轨道结构层间的变形考虑为非弹性变形；④桥梁结构为：纵连板式无砟轨道，轨道结构层间的变形考虑为非弹性变形；根据上述4种情况，分别建立桥梁结构变形与无砟轨道结构变形间映射关系计算模型的基本假设；

S2建立桥梁结构变形与无砟轨道结构变形间映射关系计算模型：

根据S1步骤中的假设，建立系统总势能的表达式，然后基于势能驻值原理，对系统总势能表达式进一步化简，得到化简后的表达式；

根据化简后的表达式，获得钢轨和轨道板变形函数；

在S1步骤中，轨道结构层间的变形考虑为弹性变形(第①和②种情况)，根据化简后的表达式，分别求出第①和②种情况下的自然边界条件；将变形函数分别代入①和②自然边界条件中，可以获得钢轨和轨道板的变形函数的解析式，即为轨道结构层间接触考虑为弹性时，桥梁结构变形与无砟轨道结构变形间映射关系计算模型；

在S1步骤中，轨道结构层间的变形考虑为非弹性变形(第③和④种情况)，根据化简后的表达式，并结合轨道的脱空情况，分别获取第③和④种情轨道板边界条件和钢轨的边界条件，边界条件结合变形函数，即为轨道结构层间接触考虑为非弹性时，桥梁结构变形与无砟轨道结构变形间映射关系计算模型；

S3模型求解：

根据S1步骤中的假设并结合具体的参数，对步骤2)中的模型进行求解，即可获得钢轨和轨道板的映射变形曲线。

所述S1步骤中，第①种情况的基本假设为：