CN114329726B - 一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法，通过先获取所述桥梁的成桥线形；基于傅里叶级数和以道砟铺设厚度形成的约束条件对成桥线形进行拟合获得拟合曲线，并确定出车体振动加速度敏感波长和获取所述拟合曲线的波长和幅值；然后根据车体振动加速度敏感波长和所述拟合曲线的波长和幅值来确定出预测车体振动加速度和预测车体离心加速度；基于所述预测车体振动加速度和所述车体离心加速度确定总体加速度响应；若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，若所述总体加速度响应不超过指定响应限值，则所述成桥线形满足线路平顺性要求，实现了准确合理地对大跨度桥梁成桥线形进行评价。

Description

一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法

技术领域

本发明属于桥梁成桥线形评价技术领域，具体涉及一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法。

背景技术

为适用我国经济建设的发展需求，高速铁路桥梁向更大跨度、更为复杂结构形式发展，近年来，我国已经规划了诸多主跨超千米级的公铁两用桥梁。

大跨度铁路桥梁具有工程规模巨大、体系复杂、结构轻柔和位移量大等特点，在修建过程中通常会受到钢梁制造误差、施工误差等因素影响，其成桥线形往往与设计线形存在偏差，这些偏差在一定范围内是允许的，而超过一定范围则是不合规的，目前对于成桥线形是否合规的评价是简单地通过成桥线形与设计线形的绝对高程偏差来评价成桥线形施工偏差，但是其评价结果往往无法满足限值要求，缺乏评价的基准，不能作为有依据的、准确的评价结果。

因此，如何准确合理地对大跨度桥梁成桥线形进行评价，保证工程项目的正常验收，避免对桥上列车正常运营产生不利影响，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术不能合理、准确地对大跨度桥梁成桥线形进行是否合规的评价，提出了一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法。

本发明的技术方案为：一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法，所述方法包括以下步骤：

S1、获取所述桥梁的成桥线形；

S2、基于傅里叶级数和以道砟铺设厚度形成的约束条件对成桥线形进行拟合获得拟合曲线，并确定出车体振动加速度敏感波长范围和获取所述拟合曲线的波长和幅值；

S3、根据所述拟合曲线中位于所述车体振动加速度敏感波长范围内的中波线形和长波线形确定出预测车体振动加速度，根据所述拟合曲线中超出所述车体振动加速度敏感波长范围的长波线形确定出预测车体离心加速度；

S4、基于所述预测车体振动加速度和所述预测车体离心加速度确定总体加速度响应；

S5、若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，若所述总体加速度响应不超过指定响应限值，则所述成桥线形满足线路平顺性要求。

进一步地，所述步骤S2中具体通过如下公式对成桥线形进行拟合：

式中，f(t)为拟合曲线，a₀为常数项，a_n为第n阶余弦波的幅值，b_n为第n阶正弦波的幅值，nω为第n阶的周期，t为线路里程。

进一步地，所述约束条件具体为：所述道砟铺设厚度的主跨范围为330mm-440mm，所述道砟铺设厚度的边跨范围为330mm-450mm。

进一步地，所述步骤S3中具体通过弦测法确定所述预测车体振动加速度，通过曲率确定所述预测车体离心加速度。

进一步地，所述步骤S5中若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，其具体包括以下分步骤：

S51、若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则判断所述拟合曲线中的最小波长是否小于所述车体振动加速度敏感波长范围，若否，则执行步骤S52，若是，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求；

S52、增加所述傅里叶级数的阶数，并重新对所述成桥线形进行拟合得到更新后的拟合曲线，直到更新后的拟合曲线中的最小波长小于所述车体振动加速度敏感波长范围时停止更新；

S53、判断更新后的拟合曲线对应的总体加速度响应是否超过指定响应限值，若是，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，若否，则所述成桥线形满足线路平顺性要求。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

本发明通过先获取所述桥梁的成桥线形；基于傅里叶级数和以道砟铺设厚度形成的约束条件对成桥线形进行拟合获得拟合曲线，并确定出车体振动加速度敏感波长和获取所述拟合曲线的波长和幅值；根据所述拟合曲线中位于所述车体振动加速度敏感波长范围内的中波线形和长波线形确定出预测车体振动加速度，根据所述拟合曲线中超出所述车体振动加速度敏感波长范围的长波线形确定出预设车体离心加速度；基于所述预测车体振动加速度和所述车体离心加速度确定总体加速度响应；若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，若所述总体加速度响应不超过指定响应限值，则所述成桥线形满足线路平顺性要求，实现了准确合理地对大跨度桥梁成桥线形进行评价。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法的流程示意图；

图2所示为本发明实施例中大桥的成桥线形示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提出了一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法，如图1所示为其流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S1、获取所述桥梁的成桥线形。

具体的，通过高精度控制网及位移传感器，可以测量得到桥梁沿线路里程上的绝对高程，从而测得大跨度铁路桥梁的成桥线形，大桥的成桥线形如图2所示。

步骤S2、基于傅里叶级数和以道砟铺设厚度形成的约束条件对成桥线形进行拟合获得拟合曲线，并确定出车体振动加速度敏感波长和获取所述拟合曲线的波长和幅值。

在本申请实施例中，所述步骤S2中具体通过如下公式对成桥线形进行拟合：

式中，f(t)为拟合曲线，a₀为常数项，a_n为第n阶余弦波的幅值，b_n为第n阶正弦波的幅值，nω为第n阶的周期，t为线路里程。

具体的，成桥线形的波长信息为

本发明将傅里叶级数作为对成桥线形进行拟合的公式，该公式具备拟合任意线形且可直观反映线形波长及幅值信息，通过与车体敏感波长对比，可直观判断拟合线形对列车行车性能的影响。

在本申请实施例中，所述约束条件具体为：所述道砟铺设厚度的主跨范围为330mm-440mm，所述道砟铺设厚度的边跨范围为330mm-450mm。

具体的，计算不同运营时速下车体振动加速度，然后基于频谱分析确定列车车体振动加速度敏感波长范围，采用傅里叶级数拟合成桥线形得到拟合曲线，该拟合曲线的波长和幅值如下表1所示：

表1

波长(m)	1540	770	513
				幅值(m)	1.195	0.025	0.056

在具体应用场景中，本申请使用多次动力仿真的方式获得车体垂向加速度响应，进而得到某一种车型加速度功率谱密度图，从而确定高速铁路车体敏感波长范围为30m-200m。

步骤S3、根据所述拟合曲线中位于所述车体振动加速度敏感波长范围内的中波线形和长波线形确定出预测车体振动加速度，根据所述拟合曲线中超出所述车体振动加速度敏感波长范围的长波线形确定出预测车体离心加速度。

在本申请实施例中，所述步骤S3中具体通过弦测法确定所述预测车体振动加速度，通过曲率确定所述预测车体离心加速度。

具体的，选用60m弦长的弦测法计算拟合曲线中位于所述车体振动加速度敏感波长范围内的中波线形和长波线形得到弦测幅值，然后根据该弦测幅值确定出预测车体振动加速度，通过拟合曲线中超出所述车体振动加速度敏感波长范围的长波线形的曲率值，通过如下公式确定出预测车体离心加速度a：

a＝v²/R

式中，R为曲率半径，v为车速。

其中，弦测法确定振动加速度主要依据为：弦测法的弦测幅值与车体加速度间的统计相关性来确定，该相关性可参考铁路线路设计规范中的长波平顺性管理标准，总体加速度响应等于预测振动加速度和预测车体离心加速度的响应的叠加和，然后取其中的最大值，将该最大值来判断是否超过指定响应限值。

步骤S4、基于所述预测车体振动加速度和所述预测车体离心加速度确定总体加速度响应。

本发明基于车体振动加速度和弦测法弦测幅值的统计相关性、及车体离心加速度和曲率半径的相关性，将弦测法及曲率法用于快速评估拟合线形对车体加速度响应的评估，为评价成桥线形施工偏差、形成成桥线形施工偏差控制标准及开展后续施工偏差控制等提供有效支撑。

步骤S5、若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，若所述总体加速度响应不超过指定响应限值，则所述成桥线形满足线路平顺性要求。

在本申请实施例中，所述步骤S5中若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，其具体包括以下分步骤：

S51、若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则判断所述拟合曲线中的最小波长是否小于所述车体振动加速度敏感波长范围，若否，则执行步骤S52，若是，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求；

S52、增加所述傅里叶级数的阶数，并重新对所述成桥线形进行拟合得到更新后的拟合曲线，直到更新后的拟合曲线中的最小波长小于所述车体振动加速度敏感波长范围时停止更新；

本发明所采用的傅里叶级数原理拟合成桥线形，能够围绕列车行车性能，穷举可以实现的铺轨线形，可在满足道床厚度要求的前提下，更为全面地评价成桥线形是否满足线路平顺性的要求。

S53、判断更新后的拟合曲线对应的总体加速度响应是否超过指定响应限值，若是，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，若否，则所述成桥线形满足线路平顺性要求。

具体的，通过增加拟合公式的项数，即引入更小波长，一定能拟合出满足道砟厚度铺设条件的轨面线形，但需控制最小波长成分，参考敏感波长区间的最小值为30m。

本发明从可实现的铺轨线形角度出发，评价桥梁成桥线形。该评价方法通过依据未来轨面状态来评估当下成桥线形施工偏差，不仅回答了基于成桥线形拟合的铺轨线形能否铺设出来的问题，也回答了未来铺轨线形能否满足线路平顺性及行车性能要求的问题，评价方法更科学，评价结果更准确。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、获取所述桥梁的成桥线形；

S2、基于傅里叶级数和以道砟铺设厚度形成的约束条件对成桥线形进行拟合获得拟合曲线，并确定出车体振动加速度敏感波长范围和获取所述拟合曲线的波长和幅值；

S3、根据所述拟合曲线中位于所述车体振动加速度敏感波长范围内的中波线形和长波线形确定出预测车体振动加速度，根据所述拟合曲线中超出所述车体振动加速度敏感波长范围的长波线形确定出预测车体离心加速度；

S4、基于所述预测车体振动加速度和所述预测车体离心加速度确定总体加速度响应；

S5、若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，若所述总体加速度响应不超过指定响应限值，则所述成桥线形满足线路平顺性要求。

2.如权利要求1所述的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法，其特征在于，所述步骤S2中具体通过如下公式对成桥线形进行拟合：

式中，f(t)为拟合曲线，a₀为常数项，a_n为第n阶余弦波的幅值，b_n为第n阶正弦波的幅值，nω为函数的角速度，t为线路里程。

3.如权利要求1所述的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法，其特征在于，所述约束条件具体为：所述道砟铺设厚度的主跨范围为330mm-440mm，所述道砟铺设厚度的边跨范围为330mm-450mm。

4.如权利要求1所述的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法，其特征在于，所述步骤S3中具体通过弦测法确定所述预测车体振动加速度，通过曲率确定所述预测车体离心加速度。

5.如权利要求1所述的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形评价方法，其特征在于，所述步骤S5中若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，其具体包括以下分步骤：

S51、若所述总体加速度响应超过指定响应限值，则判断所述拟合曲线中的最小波长是否小于所述车体振动加速度敏感波长范围，若否，则执行步骤S52，若是，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求；

S52、增加所述傅里叶级数的阶数，并重新对所述成桥线形进行拟合得到更新后的拟合曲线，直到更新后的拟合曲线中的最小波长小于所述车体振动加速度敏感波长范围时停止更新；

S53、判断更新后的拟合曲线对应的总体加速度响应是否超过指定响应限值，若是，则所述成桥线形不满足线路平顺性要求，若否，则所述成桥线形满足线路平顺性要求。

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