[发明专利]一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法

说明书

本发明涉及一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，包括以下步骤：S1：基于工程设计信息简化工程结构，确定工程模型参数；S2：基于确定的工程模型参数，借助计算机工具建立高速铁路系统耦合有限元模型；S3：基于高速铁路系统耦合有限元模型，计算不同行车速度时的耦合系统的力学性能数据；S4：基于计算得到的耦合系统力学性能数据，并根据对应规范中的力学性能要求，确定路基不均匀沉降限值。与现有技术相比，本发明提供了一种借助计算机工具建立高速铁路系统耦合有限元模型并结合行车安全性、舒适性等相关动力学指标从而确定路基不均匀沉降限值的分析方法，解决了高速铁路试验的成本与难度较大的问题。

技术领域

本发明涉及一种高速铁路计算机辅助计算技术领域，尤其是涉及一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法。

背景技术

铁路作为国家重要的基础设施，以大运量、全天候、低污染、高安全等优势成为综合交通运输体系的骨干，也是国民经济的大动脉。随着大规模、高密度的高速铁路线路投入运营，在掌握先进、成熟的设计与建造技术的同时，也需要运营安全管理和高效科学维护的配合，保证高速铁路长期、安全、稳定运营逐渐成为一个至关重要、日益突出的问题。路基作为高速铁路系统的基础很容易在自身重力荷载、列车荷载以及周围新增建筑物或者基坑开挖等因素的作用下产生不均匀沉降。路基不均匀沉降一方面可能使轨道结构承受附加变形应力，影响其耐久性和安全服役寿命，尤其对于无砟轨道，因几何调整能力有限，下部基础出现变形或破坏时，整治和修复十分困难，一旦超过扣件的允许调高范围，需要花费高昂的代价去处理；另一方面则直接影响轨道的几何平顺性，进而影响列车运行的安全性和舒适度，甚至可能导致个别路段限速运行。

在工程技术领域内，大多数工程结构都非常复杂且具有非线性特征，对于这类问题，通常可以通过简化假设或者采用有限元、无限元、边界元、离散元等数值方法来求解。随着计算机工具计算能力的大幅提高，采用数值分析方法己经成为了分析解决实际工程技术难题的一个重要手段。考虑到高速铁路试验的成本与难度，所以需要一种借助计算机工具通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，从而设立合理且有针对性的工后沉降控制标准，使其既不影响高速铁路的长期安全稳定运营，又尽可能的做到经济合理，不因大量维修而影响线路通过能力、造成过高投入，这是目前此领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种借助计算机工具建立高速铁路系统耦合有限元模型并结合行车安全性、舒适性等相关动力学指标从而确定路基不均匀沉降限值的分析方法，以解决高速铁路试验的成本与难度较大的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的在于提供一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，包括以下步骤：

S1：基于工程设计信息简化工程结构，确定工程模型参数；

S2：基于确定的工程模型参数，借助计算机工具建立高速铁路系统耦合有限元模型；

S3：基于高速铁路系统耦合有限元模型，计算不同行车速度时的耦合系统的力学性能数据；

S4：基于计算得到的耦合系统力学性能数据，并根据对应规范中的力学性能要求，确定路基不均匀沉降限值。

优选地，S1中，根据《高速铁路设计规范》、高速铁路工程设计方案以及地基勘察报告，对高速铁路系统耦合有限元模型中的各个系统进行简化，并提取各个系统组成部件的几何尺寸和性能参数。

优选地，S2中，建立的高速铁路系统耦合有限元模型包括以下相互耦合的3个系统：

高速列车系统，其中每一节列车均模拟为由一个车体、两个转向架、四个轮对构成并以预设速度运行的多刚体系统；

无砟轨道系统，包括钢轨、高弹性扣件、轨枕、混凝土道床板以及水硬性混凝土支承层；