[发明专利]路基脱空导致的无砟轨道竖向变形计算方法及监测系统

权利要求书

1.路基脱空导致的无砟轨道竖向变形计算方法，其特征在于，包括：

S1、获取埋于无砟轨道的待监测区域路基处的所有测力装置的压力值；

S2、判断是否存在测力装置的压力值等于零；若是，进入步骤S3，否则返回步骤S1；

S3、将压力值等于零、且连续的测力装置划分为一段脱空区，根据每段脱空区测力装置的数量，计算每段脱空区的道床-轨道组合梁长度；

S4、获取根据瑞利-里兹法构建的挠曲线函数w(x)的计算模型：

w(x)＝c₁w₁(x)+c₂w₂(x)，w₁(x)＝x⁴-2lx³+l²x²，w₂(x)＝x⁶-3lx⁵+2l²x⁴+l³x³-l⁴x²

其中，l为道床-轨道组合梁长度；x为道床-轨道组合梁上任一点到梁端点的距离；w₁(x)、w₂(x)均为瑞利-里兹法中构造的多项式；c₁和c₂均为计算挠曲线函数w(x)的待定系数；

S5、根据道床-轨道组合梁的力学参数和道床-轨道组合梁长度，计算挠曲线函数w(x)中的待定系数c₁和c₂：

其中，E为道床-轨道组合梁的弹性模量；S为道床-轨道组合梁的横截面面积；I为道床-轨道组合梁的截面惯性矩；q为道床-轨道组合梁的自重均布荷载；

S6、根据挠曲线函数w(x)的计算模型及待定系数c₁和c₂，绘制每段脱空区的挠曲线作为无砟轨道竖向变形。

2.根据权利要求1所述的路基脱空导致的无砟轨道竖向变形计算方法，其特征在于，还包括确定每段脱空区道床-轨道组合梁的最大挠度值w_max，并根据最大挠度值w_max制定轨道运行方案：

当w_max4mm时，竖向变形满足安全运营要求；当4mmw_max7mm时，建议进行日常保养；当7mmw_max8mm时，建议进行临时补修，并建议限速200km/h。

3.根据权利要求1所述的路基脱空导致的无砟轨道竖向变形计算方法，其特征在于，所述道床-轨道组合梁长度的计算公式为：

其中，n为脱空区中测力装置的数量；a为脱空区中连续的测力装置数量为1时的脱离长度，a＜s；s为相邻两个测力装置之间的间距。

4.根据权利要求1-3任一所述的路基脱空导致的无砟轨道竖向变形计算方法，其特征在于，每段脱空区的道床-轨道组合梁模型视为材料力学中两端固定，并承受有自重均布荷载的梁模型。

5.一种应用于权利要求1-4任一所述的路基脱空导致的无砟轨道竖向变形计算方法的脱空监测系统，其特征在于，包括仪表显示器和若干测力装置，每个测力装置均与信号放大器和激励电源连接，所述信号放大器与动态信号过滤器连接，所述仪表显示器分别与所述动态信号过滤器和激励电源连接。

6.根据权利要求5所述的脱空监测系统，其特征在于，所述测力装置为圆柱式压力传感器和包裹于圆柱式压力传感器外表面的壳体，且圆柱式压力传感器存在一个表面未被壳体覆盖。

7.根据权利要求5或6所述的脱空监测系统的安装方法，其特征在于，包括：

完成路基的堆填和压实后，在路基上表面等间距固定若干测力装置；

在路基表面浇筑混凝土支承层，测力装置与支承层紧密结合为一体，测力装置仅下表面与路基表面接触；

支承层上端铺设砂浆垫层，砂浆垫层上端铺设轨道板，轨道板上安装有钢轨；

之后依次连接测力装置、信号放大器、动态信号过滤器、仪表显示器和激励电源，连接测力装置与激励电源。