CN105222942A - 无缝线路纵向力测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缝线路纵向力测试方法及系统。所述方法包括：根据断面参数检测的条件，建立被测钢轨对应关系，其包括无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系；获取通过对被测钢轨和补偿钢轨同时进行断面参数检测所获得的被测钢轨的断面参数和补偿钢轨的断面参数；根据所获取的断面参数分别确定被测钢轨的第一断面参数改变量和补偿钢轨的第二断面参数改变量；根据第二断面参数改变量和预先建立的补偿钢轨对应关系确定对应的轨温变化幅度；根据所确定的轨温变化幅度、第一断面参数改变量和被测钢轨对应关系确定对应的纵向发生应变；利用所确定的纵向发生应变计算被测钢轨中的纵向力。

Description

无缝线路纵向力测试方法及系统

技术领域

本发明涉及钢轨检测领域，具体而言，涉及一种无缝线路纵向力测试方法及系统。

背景技术

目前，测试无缝线路纵向力的方法可以分为应力法、能量法以及应变法。应力法主要是依据无缝线路钢轨中的纵向应力与其他物理量(磁特性、超声波以及X射线等)之间的关系确定钢轨中的纵向力。能量法基于钢轨纵向力对轨道刚度的影响，通过测试轨道刚度分析获得钢轨纵向力。应变法通过测试钢轨应变计算钢轨纵向力。

然而，应力法较容易受现场实际条件(如轨道电路、轨道附近磁场以及钢轨表面状态等)影响。能量法的现场操作过程较复杂，由于需要拆除一定长度范围的扣件系统而会影响列车的正常运营，并且测试完成后还需要对轨道进行精调，也不能适应长期的轨道监测。应变法由于仅考虑传感器粘贴位置的相关点信息而对钢轨断面信息利用较少，其受断面轨温的不均匀分布影响较大，并且由于测量应变的传感器的特性而使测试结果存在一定的误差。

由此可见，现有技术中亟需一种可以方便有效地测试无缝线路纵向力的技术。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种无缝线路纵向力测试方法及系统，以改善现有技术中测试无缝线路纵向力的方法易受现场环境影响、操作不便利、测试结果不准确的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种无缝线路纵向力测试方法，包括：根据断面参数检测的条件，建立被测钢轨对应关系，所述被测钢轨对应关系包括无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系；获取通过对所述被测钢轨和补偿钢轨同时进行断面参数检测所获得的所述被测钢轨的断面参数和所述补偿钢轨的断面参数，其中，所述补偿钢轨为所述断面参数检测中平行地置于所述被测钢轨旁边并与所述被测钢轨保持预设距离的钢轨，所述补偿钢轨与所述被测钢轨具有相同的材料；根据所获取的断面参数分别确定所述被测钢轨的第一断面参数改变量和所述补偿钢轨的第二断面参数改变量；根据所述第二断面参数改变量和预先建立的补偿钢轨对应关系确定对应的轨温变化幅度，所述补偿钢轨对应关系包括所述补偿钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度之间的关系；根据所确定的轨温变化幅度、所述第一断面参数改变量和所述被测钢轨对应关系确定对应的纵向发生应变；利用所确定的纵向发生应变计算所述被测钢轨中的纵向力。

第二方面，本发明实施例提供了一种无缝线路纵向力测试系统，包括：建立模块，用于根据断面参数检测的条件，建立被测钢轨对应关系，所述被测钢轨对应关系包括无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系；获取模块，用于获取通过对所述被测钢轨和补偿钢轨同时进行断面参数检测所获得的所述被测钢轨的断面参数和所述补偿钢轨的断面参数，其中，所述补偿钢轨为所述断面参数检测中平行地置于所述被测钢轨旁边并与所述被测钢轨保持预设距离的钢轨，所述补偿钢轨与所述被测钢轨具有相同的材料；第一计算模块，用于根据所获取的断面参数分别确定所述被测钢轨的第一断面参数改变量和所述补偿钢轨的第二断面参数改变量；第二计算模块，用于根据所述第二断面参数改变量和预先建立的补偿钢轨对应关系确定对应的轨温变化幅度，所述补偿钢轨对应关系包括所述补偿钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度之间的关系；第三计算模块，用于根据所确定的轨温变化幅度、所述第一断面参数改变量和所述被测钢轨对应关系确定对应的纵向发生应变；第四计算模块，用于利用所确定的纵向发生应变计算所述被测钢轨中的纵向力。

本发明实施例提供的无缝线路纵向力测试方法及系统，通过建立表示无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系的被测钢轨对应关系，利用预先建立的补偿钢轨对应关系和断面参数检测中得到的补偿钢轨的断面参数改变量确定轨温变化幅度，利用所确定的轨温变化幅度、被测钢轨对应关系和断面参数检测中得到的被测钢轨的断面参数改变量确定纵向发生应变，从而利用所确定的纵向发生应变计算被测钢轨中的纵向力。在本发明实施例提供的无缝线路纵向力测试方法及系统中，由于以整个钢轨断面的变化量为基准进行测试，所以不再受钢轨断面轨温不均匀分布的影响，使得可以避免应变法所存在的以点代面的测试缺点；此外，由于可以采用多种方法(如非接触式断面扫描仪、光纤光栅传感器等)进行断面参数检测，所以可以避免能量法容易受外部条件干扰的缺陷；此外，由于不需要拆除扣件系统，所以现场操作较简单。由此可见，本发明实施例提供的无缝线路纵向力测试方法及系统可以方便有效地测试无缝线路纵向力。

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出本发明第一实施例提供的无缝线路纵向力测试方法的流程图；

图2示出有限元模型中钢轨的断面；

图3A示出有限元模拟获得的补偿钢轨的轨温变化量与断面周长改变量之间的示例性关系曲线；

图3B示出通过有限元模拟获得的补偿钢轨的轨温变化量与断面面积改变量之间的示例性关系曲线；

图4A示出通过有限元模拟获得的被测钢轨不同位置处的断面的周长随轨温变化的示例性关系曲线；

图4B示出通过有限元模拟获得的被测钢轨不同位置处的断面的面积随轨温变化的示例性关系曲线；

图5A示出通过有限元模拟获得的在非接触式断面参数检测下被测钢轨的周长改变量、轨温变化量与纵向发生应变之间的示例性关系曲线；

图5B示出通过有限元模拟获得的在非接触式断面参数检测下被测钢轨的面积改变量、轨温变化量与纵向发生应变之间的示例性关系曲线；

图6A示出通过有限元模拟获得的在接触式断面参数检测下被测钢轨的周长改变量、轨温变化量与纵向发生应变之间的示例性关系曲线；

图6B示出通过有限元模拟获得的在接触式断面参数检测下被测钢轨的面积改变量、轨温变化量与纵向发生应变之间的示例性关系曲线；

图7中示出本发明第二实施例提供的无缝线路纵向力测试系统的示意性结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于理解本发明的构思，下面先简要描述利用钢轨端面参数来获得钢轨中的纵向应变力的基本原理。由于钢轨断面为异型断面，采用理论方法推导较为复杂，因此先假设钢轨断面为圆形断面进行说明，其中钢轨的初始半径为R。

当无缝线路中钢轨的轨温变化Δt(其在温度升高时为正，而在温度降低时为负)时，按照基本假设，无缝线路纵向全约束，此时由于轨温变化所引起的钢轨纵向力(即基本温度力)为F_z＝-EAβ_rΔt。然而，实际情况下当钢轨的轨温变化时，纵向发生应变并非为零，因此由钢轨的轨温变化所引起的钢轨纵向力为F_z＝-EA(β_rΔt-ε_s)，其中ε_s为钢轨由于轨温变化发生的横向位移在释放时引起的纵向发生应变。在上述公式中，E为钢轨的弹性模量(通常为2.06×10¹¹Pa)，A为钢轨的截面面积(60kg/m钢轨的截面面积为77.45×10^-4m²)，β_r为钢轨的线膨胀系数(1.18×10^-5/℃)，Δt为轨温变化幅度。

依据单向应力状态下的胡克定律可以得到钢轨的横向应变为ε_w＝μ(β_rΔt-ε_s)+β_rΔt，其中μ为钢轨的泊松比(一般取值为0.3)。此时钢轨的截面半径由下面的等式(1)表示：

R_w＝R(1+ε_w)＝R[1+β_rΔt(μ+1)-με_s](1)

对于断面参数检测中平行地置于无缝线路中的钢轨旁边并与该钢轨保持预设距离的补偿钢轨，由于其纵向是无约束状态，因此补偿钢轨对应的横向应变为ε_b＝β_rΔt，此时补偿钢轨对应的截面半径由下面的等式(2)表示：

R_b＝R(1+ε_b)＝R(1+β_rΔt)(1)

轨温改变引起的无缝线路钢轨的断面周长改变量由下面的等式(3)表示：

ΔC_w＝C_w-C＝2π(R_w-R)＝2πR[β_rΔt(μ+1)-με_s](2)

轨温改变引起的无缝线路钢轨的断面面积改变量由下面的等式(4)表示：

ΔA_w＝A_w-A＝π(R_w ²-R²)＝πR²[(1+β_rΔt(μ+1)-με_s)²-1](3)

轨温改变引起的补偿钢轨的断面周长改变量由下面的等式(5)表示：

ΔC_b＝C_b-C＝2π(R_b-R)＝2πRβ_rΔt(4)

轨温改变引起的补偿钢轨的断面面积改变量由下面的等式(6)表示：

ΔA_b＝A_b-A＝π(R_b ²-R²)＝πR²[(1+β_rΔt)²-1](5)

从等式(3)至等式(6)的结果可以看出，断面周长改变量与轨温变化量呈线型关系，断面面积改变量与轨温变化量之间为非线性关系。然而，考虑到钢轨线膨胀系数为二次无穷小量，可以忽略不计，因此在可能的温度变化幅度范围内，断面面积改变量与温度变化量之间也是线性关系。

根据等式(5)可以得到以下等式(7)：

$\mathrm{\Δ}t=\frac{{\mathrm{\ΔC}}_b}{2{\mathrm{\πR\β}}_r}---\left(6\right)$

将等式(7)带入等式(3)可以得到以下等式(8)：

${\mathrm{\ϵ}}_s=\frac{{\mathrm{\ΔC}}_b(\mathrm{\μ}+1)-{\mathrm{\ΔC}}_w}{2\mathrm{\π}R}---\left(7\right)$

由等式(6)可以得到以下等式(9)：

$\mathrm{\Δ}t=\frac{\sqrt{\frac{{\mathrm{\ΔA}}_b}{{\mathrm{\πR}}^2}+1}-1}{{\mathrm{\β}}_r}---\left(8\right)$

将等式(9)带入等式(4)可以得到以下等式(10)：

${\mathrm{\ϵ}}_s=\frac{1}{\mathrm{\μ}}\[1+\left(\mathrm{\μ}+1\right)\left(\sqrt{\frac{{\mathrm{\ΔA}}_b}{{\mathrm{\πR}}^2}+1}-1\right)-\sqrt{\frac{{\mathrm{\ΔA}}_w}{{\mathrm{\πR}}^2}+1}\]---\left(9\right)$

将等式(7)和等式(8)或者等式(9)和等式(10)带入上面的无缝线路纵向力计算公式(考虑钢轨横向变形等引起的纵向力释放)可以得到以下等式(11)和(12)：

$F_z=-EA\frac{{\mathrm{\ΔC}}_w-{\mathrm{\μ\ΔC}}_b}{2\mathrm{\π}R}---\left(10\right)$

$F_z=-\frac{EA}{\mathrm{\μ}}(\sqrt{\frac{{\mathrm{\ΔA}}_w}{{\mathrm{\πR}}^2}+1}-\sqrt{\frac{{\mathrm{\ΔA}}_b}{{\mathrm{\πR}}^2}+1})---\left(11\right)$

从上面的推导可以看出，通过测量钢轨的断面参数，可以测试出由于钢轨轨温变化所引起的无缝线路钢轨纵向力。

此外，当无缝线路为设置在桥梁上的无缝线路时，不仅会存在上面所描述的由于钢轨轨温变化所引起的钢轨纵向力，还会存在由于桥梁与钢轨之间的相互作用而在钢轨中产生的附加纵向力。该附加纵向力可以引起钢轨的纵向应变ε_f(其在拉伸时为正值，而在挤压时为负值)，此时的钢轨纵向力由以下等式(13)表示：

F_z＝-EA(β_rΔt-ε_s)+EAε_f＝-EA[β_rΔt-(ε_s+ε_f)](12)

从等式(13)可以看出，在无缝线路纵向力计算中由桥梁与钢轨之间的相互作用产生的纵向力与轨温变化条件下释放的纵向力的性质一致，因此上面的等式(7)至(12)也是适用的，将上面的等式中的ε_s替换为ε_s+ε_f即可以实现桥上无缝线路钢轨纵向力的测试。

下面结合具体的实施例和附图进一步详细地描述本发明。

第一实施例

图1中示出本发明第一实施例提供的无缝线路纵向力测试方法的流程图。请参阅图1，本发明第一实施例提供的无缝线路纵向力测试方法可以包括以下步骤：

步骤S11,根据断面参数检测的条件，建立被测钢轨对应关系，所述被测钢轨对应关系包括无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系。

断面参数检测可以包括接触式断面参数检测和非接触式断面参数检测，其中接触式断面参数检测仅可以检测到钢轨轨顶以下16mm范围内的断面参数，而非接触式断面参数检测所检测到的断面参数对应于钢轨的整个断面的参数。因此，需要根据不同的断面参数检测来建立被测钢轨对应关系。

具体地，可以建立关系式ΔS_w＝g_w(Δt，ε)，其中ΔS_w表示无缝线路中被测钢轨的断面参数改变量，g_w表示无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系函数，Δt表示轨温变化幅度，ε表示纵向发生应变。如上面所描述的，当所述无缝线路为设置在路基上的无缝线路时，ε可以为所述被测钢轨由于轨温变化发生的横向位移在释放时引起的纵向发生应变ε_s。当所述无缝线路为设置在桥梁上的无缝线路时，ε可以为ε_s+ε_f，即可以包括：所述被测钢轨由于轨温变化发生的横向位移在释放时引起的纵向发生应变ε_s；以及所述被测钢轨由于受所述桥梁伸缩变形影响而具有的纵向发生应变ε_f。

步骤S12，获取通过对所述被测钢轨和补偿钢轨同时进行断面参数检测所获得的所述被测钢轨的断面参数和所述补偿钢轨的断面参数，其中，所述补偿钢轨为所述断面参数检测中平行地置于所述被测钢轨旁边并与所述被测钢轨保持预设距离的钢轨，所述补偿钢轨与所述被测钢轨具有相同的材料。

于一种具体实施方式中，通过所述断面参数检测所获得的断面参数可以包括断面周长、断面面积以及断面上两点间距离等。所述预设距离可以由用户设定为使得能够保证被测钢轨的温度与补偿钢轨的温度尽可能相等，例如可以被设定为0.3m或更小。

步骤S13，根据所获取的断面参数分别确定所述被测钢轨的第一断面参数改变量和所述补偿钢轨的第二断面参数改变量。

于一种具体实施方式中，所述根据所获取的断面参数分别确定所述被测钢轨的第一断面参数改变量和所述补偿钢轨的第二断面参数改变量，可以包括：利用所述被测钢轨在第一时刻的断面参数与在第二时刻的断面参数之差获得所述被测钢轨的第一断面参数改变量，所述第一时刻不同于所述第二时刻；利用所述补偿钢轨在所述第一时刻的断面参数与在所述第二时刻的断面参数之差获得所述补偿钢轨的第二断面参数改变量。对应地，断面参数改变量可以包括断面周长改变量、断面面积改变量以及断面上两点间距离改变量等。

步骤S14，根据所述第二断面参数改变量和预先建立的补偿钢轨对应关系确定对应的轨温变化幅度，所述补偿钢轨对应关系包括所述补偿钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度之间的关系。

于一种具体实施方式中，预先建立的补偿钢轨对应关系可以为ΔS_b＝g_b(Δt)，其中ΔS_b表示补偿钢轨的断面参数改变量，g_b表示补偿钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度之间的关系函数，Δt表示轨温变化幅度。根据第二断面参数改变量和所述补偿钢轨对应关系，可以确定出对应的轨温变化幅度Δt＝g_b ^-1(ΔS_b)，其中g_b ^-1为g_b的逆函数。

步骤S15，根据所确定的轨温变化幅度、所述第一断面参数改变量和所述被测钢轨对应关系确定对应的纵向发生应变。

于一种具体实施方式中，根据所确定的轨温变化幅度、所述第一断面参数改变量和所述被测钢轨对应关系ΔS_w＝g_w(Δt，ε)，可以确定出对应的纵向发生应变ε＝g_w ^-1(Δt，ΔS_w)，其中g_w ^-1表示g_w的逆函数。

步骤S16，利用所确定的纵向发生应变计算所述被测钢轨中的纵向力。

于一种具体实施方式中，所述利用所确定的纵向发生应变计算所述被测钢轨中的纵向力，可以包括：利用公式F_z＝-EA(β_rΔt-ε)计算所述被测钢轨中的纵向力F_z，其中，E为所述被测钢轨的弹性模量，A为所述被测钢轨的截面面积，β_r为所述被测钢轨的线膨胀系数，Δt为所确定的轨温变化幅度，ε为所确定的纵向发生应变。

进一步地，所述方法还可以包括：根据断面参数检测的条件，建立所述补偿钢轨对应关系。类似于被测钢轨对应关系的建立，应当针对接触式断面参数检测和非接触式断面参数检测分别建立不同的补偿钢轨对应关系。被测钢轨对应关系和补偿钢轨对应关系的建立通常可以利用理论建模和实验室标定两种方式实现。

下面以具体的示例简要地说明本发明第一实施例提供的无缝线路纵向力测试方法的应用。由于钢轨的实际断面为工字型断面，并且钢轨还会在扣件位置处受到轨距挡块一定程度上的约束作用，因此下面采用有限元方法建立被测钢轨对应关系和补偿钢轨对应关系。需要注意的是，在此示例中以断面参数为断面周长和断面面积为例进行说明。图2示出有限元模型中钢轨的断面，并且表1中示出有限元模型中钢轨的断面与钢轨的实际断面的对比。

表1参数对比

参数	有限元模型	实际结果
			截面积mm2	77.4478	77.45
水平轴惯性矩mm4	3216	3217
			竖直轴惯性矩mm4	523	524

钢轨高度mm	176	176
			轨底宽度mm	150	150
轨头高度mm	48.5	48.5
			轨头宽度mm	73	73
轨腰厚度mm	16.5	16.5

从图2及表1的对比结果看出，有限元模型中的钢轨断面与实际钢轨断面非常吻合，有限元划分网格之后以直代曲存在的微小误差是不可避免的，但是其已经能满足实际分析情况(同时也说明采用网格的大小能够满足理论分析的需要)。

图3A示出通过有限元模拟获得的补偿钢轨的轨温变化量与断面周长改变量之间的示例性关系曲线，图3B示出通过有限元模拟获得的补偿钢轨的轨温变化量与断面面积改变量之间的示例性关系曲线。图3A和图3B中均示出了接触式断面参数检测和非接触式断面参数检测两种情况下的关系曲线。在有限元模拟中考虑补偿钢轨可能放在道砟、轨枕、轨道板等位置，其轨底与接触面之间的纵向阻力很小完全可以忽略不计，其竖向会受到接触面的支撑作用，在有限元模拟中考虑轨底竖向位移约束。从图3A和图3B可以看出，在纵向与横向没有约束(仅轨底的竖向约束)的条件下，随着温度发生变化，补偿钢轨的断面周长、断面面积均发生变化，并且同等条件下非接触式断面参数检测获得的整个断面的周长和面积改变量均大于接触式断面参数检测获得的16mm以下断面的周长和面积改变量，二者的差值随着轨温变化量的增加而逐渐增大。

无缝线路上的被测钢轨在扣件位置处存在轨距挡块。当轨温升高时，钢轨轨底的膨胀会受到轨距挡块的横向约束作用，而这种横向约束作用在轨温降低时消失。当钢轨轨温升高时，依据圣维南原理，在扣件中间断面与其他断面位置会存在一定的差异。图4A示出通过有限元模拟获得的被测钢轨不同位置处的断面的周长随轨温变化的示例性关系曲线，图4B示出通过有限元模拟获得的不同位置处的断面的面积随轨温变化的示例性关系曲线(两幅图均针对非接触式断面参数检测并且均未考无缝线路钢轨横向变形等释放的纵向应变)。上述不同位置处的断面包括扣件中间断面(被测钢轨在扣件中央位置处的断面)、跨中断面(被测钢轨在两个扣件之间的部分的中间断面)和1/2跨中断面(位于扣件中间断面和跨中断面正中间的断面)。由于图4A和图4B图中的曲线并未完全重合，所以可以断定轨距挡板的约束作用确实存在影响，并且该约束引起的断面参数改变的差异随着轨温的增加而逐渐增大。然而，图4A和图4B中示出的曲线几乎是重合的，并且考虑到实际检测/监测中的方便性，一般是在枕跨中间位置进行相应测试。在下面的描述中均以枕跨中间断面的参数改变量为例。

图5A示出通过有限元模拟获得的在非接触式断面参数检测下被测钢轨的周长改变量、轨温变化量与纵向发生应变之间的示例性关系曲线，图5B示出通过有限元模拟获得的在非接触式断面参数检测下被测钢轨的面积改变量、轨温变化量与纵向发生应变之间的示例性关系曲线。图6A示出通过有限元模拟获得的在接触式断面参数检测下被测钢轨的周长改变量、轨温变化量与纵向发生应变之间的示例性关系曲线，图6B示出通过有限元模拟获得的在接触式断面参数检测下被测钢轨的面积改变量、轨温变化量与纵向发生应变之间的示例性关系曲线。需要注意的是，对于设置在桥梁上的无缝线路，图5A、图5B、图6A和图6B中的纵向发生应变还包括被测钢轨由于受桥梁伸缩变形影响而具有的纵向发生应变。

当通过对被测钢轨和补偿钢轨同时进行断面参数检测获得相应的检测参数后，可以利用补偿钢轨的断面参数改变量和例如图3中所示出的关系确定对应的轨温变化幅度，之后再利用所确定的轨温变化幅度和例如图5或图6(其分别针对非接触式断面参数检测和接触式断面参数检测)中所示出的关系确定对应的轨温变化幅度，之后可以利用上文所述的纵向力计算公式计算被测钢轨中的纵向力。

本发明实施例提供的无缝线路纵向力测试方法，通过建立表示无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系的被测钢轨对应关系，利用预先建立的补偿钢轨对应关系和断面参数检测中得到的补偿钢轨的断面参数改变量确定轨温变化幅度，利用所确定的轨温变化幅度、被测钢轨对应关系和断面参数检测中得到的被测钢轨的断面参数改变量确定纵向发生应变，从而利用所确定的纵向发生应变计算被测钢轨中的纵向力。在本发明实施例提供的无缝线路纵向力测试方法中，由于以整个钢轨断面的变化量为基准进行测试，所以不再受钢轨断面轨温不均匀分布的影响，使得可以避免应变法所存在的以点代面的测试缺点；此外，由于可以采用多种方法(如非接触式断面扫描仪、光纤光栅传感器等)进行断面参数检测，所以可以避免能量法容易受外部条件干扰的缺陷；此外，由于不需要拆除扣件系统，所以现场操作较简单。由此可见，本发明实施例提供的无缝线路纵向力测试方法可以方便有效地测试无缝线路纵向力。

第二实施例

图7中示出本发明第二实施例提供的无缝线路纵向力测试系统的示意性结构图。请参阅图7，第二实施例提供的无缝线路纵向力测试系统200可以包括建立模块210、获取模块220、第一计算模块230、第二计算模块240、第三计算模块250和第四计算模块260。

建立模块210可以用于根据断面参数检测的条件，建立被测钢轨对应关系，所述被测钢轨对应关系包括无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系。

断面参数检测可以包括接触式断面参数检测和非接触式断面参数检测，其中接触式断面参数检测仅可以检测到钢轨轨顶以下16mm范围内的断面参数，而非接触式断面参数检测可以检测到钢轨的整个断面。因此，需要根据不同的断面参数检测方式来建立被测钢轨对应关系。

具体地，可以建立关系式ΔS_w＝g_w(Δt，ε)，其中ΔS_w表示无缝线路中被测钢轨的断面参数改变量，g_w表示无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系函数，Δt表示轨温变化幅度，ε表示纵向发生应变。如上面所描述的，当所述无缝线路为设置在路基上的无缝线路时，ε可以为所述被测钢轨由于轨温变化发生的横向位移在释放时引起的纵向发生应变ε_s。当所述无缝线路为设置在桥梁上的无缝线路时，ε可以为ε_s+ε_f，即可以包括：所述被测钢轨由于轨温变化发生的横向位移在释放时引起的纵向发生应变ε_s；以及所述被测钢轨由于受所述桥梁伸缩变形影响而具有的纵向发生应变ε_f。

获取模块220可以用于获取通过对所述被测钢轨和补偿钢轨同时进行断面参数检测所获得的所述被测钢轨的断面参数和所述补偿钢轨的断面参数，其中，所述补偿钢轨为所述断面参数检测中平行地置于所述被测钢轨旁边并与所述被测钢轨保持预设距离的钢轨，所述补偿钢轨与所述被测钢轨具有相同的材料。

于一种具体实施方式中，通过所述断面参数检测所获得的断面参数可以包括断面周长、断面面积以及断面上两点间距离等。所述预设距离可以由用户设定为使得能够保证被测钢轨的温度与补偿钢轨的温度尽可能相等，例如可以被设定为0.3m或更小。

第一计算模块230可以用于根据所获取的断面参数分别确定所述被测钢轨的第一断面参数改变量和所述补偿钢轨的第二断面参数改变量。

于一种具体实施方式中，第一计算模块230可以用于：利用所述被测钢轨在第一时刻的断面参数与在第二时刻的断面参数之差获得所述被测钢轨的第一断面参数改变量，所述第一时刻不同于所述第二时刻；利用所述补偿钢轨在所述第一时刻的断面参数与在所述第二时刻的断面参数之差获得所述补偿钢轨的第二断面参数改变量。对应地，断面参数改变量可以包括断面周长改变量、断面面积改变量以及断面上两点间距离改变量等。

第二计算模块240可以用于根据所述第二断面参数改变量和预先建立的补偿钢轨对应关系确定对应的轨温变化幅度，所述补偿钢轨对应关系包括所述补偿钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度之间的关系。

于一种具体实施方式中，预先建立的补偿钢轨对应关系可以为ΔS_b＝g_b(Δt)，其中ΔS_b表示补偿钢轨的断面参数改变量，g_b表示补偿钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度之间的关系函数，Δt表示轨温变化幅度。根据第二断面参数改变量和所述补偿钢轨对应关系，可以确定出对应的轨温变化幅度Δt＝g_b ^-1(ΔS_b)，其中g_b ^-1为g_b的逆函数。

第三计算模块250可以用于根据所确定的轨温变化幅度、所述第一断面参数改变量和所述被测钢轨对应关系确定对应的纵向发生应变。

于一种具体实施方式中，根据所确定的轨温变化幅度、所述第一断面参数改变量和所述被测钢轨对应关系ΔS_w＝g_w(Δt，ε)，可以确定出对应的纵向发生应变ε＝g_w ^-1(Δt，ΔS_w)，其中g_w ^-1表示g_w的逆函数。

第四计算模块260可以用于利用所确定的纵向发生应变计算所述被测钢轨中的纵向力。

于一种具体实施方式中，第四计算模块260可以用于：利用公式F_z＝-EA(β_rΔt-ε)计算所述被测钢轨中的纵向力F_z，其中，E为所述被测钢轨的弹性模量，A为所述被测钢轨的截面面积，β_r为所述被测钢轨的线膨胀系数，Δt为所确定的轨温变化幅度，ε为所确定的纵向发生应变。

进一步地，所述建立模块210还可以用于根据断面参数检测的条件，建立所述补偿钢轨对应关系。

本实施例对无缝线路纵向力测试系统200的各功能模块实现各自功能的具体过程，请参见以上方法实施例中描述的具体内容，此处不再赘述。

在本发明实施例提供的无缝线路纵向力测试方法及系统中，可以在断面参数检测中检测一种或多种断面参数，例如仅检测断面周长、仅检测断面面积、或者检测断面周长和断面面积二者，本发明具体实施例并不以此为限。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种无缝线路纵向力测试方法，其特征在于，包括：

根据断面参数检测的条件，建立被测钢轨对应关系，所述被测钢轨对应关系包括无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系；

获取通过对所述被测钢轨和补偿钢轨同时进行断面参数检测所获得的所述被测钢轨的断面参数和所述补偿钢轨的断面参数，其中，所述补偿钢轨为所述断面参数检测中平行地置于所述被测钢轨旁边并与所述被测钢轨保持预设距离的钢轨，所述补偿钢轨与所述被测钢轨具有相同的材料；

根据所获取的断面参数分别确定所述被测钢轨的第一断面参数改变量和所述补偿钢轨的第二断面参数改变量；

根据所述第二断面参数改变量和预先建立的补偿钢轨对应关系确定对应的轨温变化幅度，所述补偿钢轨对应关系包括所述补偿钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度之间的关系；

根据所确定的轨温变化幅度、所述第一断面参数改变量和所述被测钢轨对应关系确定对应的纵向发生应变；

利用所确定的纵向发生应变计算所述被测钢轨中的纵向力。

2.根据权利要求1所述的无缝线路纵向力测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据断面参数检测的条件，建立所述补偿钢轨对应关系。

3.根据权利要求2所述的无缝线路纵向力测试方法，其特征在于，所述根据所获取的断面参数分别确定所述被测钢轨的第一断面参数改变量和所述补偿钢轨的第二断面参数改变量，包括：

利用所述被测钢轨在第一时刻的断面参数与在第二时刻的断面参数之差获得所述被测钢轨的第一断面参数改变量，所述第一时刻不同于所述第二时刻；

利用所述补偿钢轨在所述第一时刻的断面参数与在所述第二时刻的断面参数之差获得所述补偿钢轨的第二断面参数改变量。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的无缝线路纵向力测试方法，其特征在于，所述断面参数包括断面周长或断面面积，所述断面参数改变量包括断面周长改变量或断面面积改变量。

5.根据权利要求1所述的无缝线路纵向力测试方法，其特征在于，所述利用所确定的纵向发生应变计算所述被测钢轨中的纵向力，包括：

利用公式F_z＝-EA(β_rΔt-ε)计算所述被测钢轨中的纵向力F_z，其中，E为所述被测钢轨的弹性模量，A为所述被测钢轨的截面面积，β_r为所述被测钢轨的线膨胀系数，Δt为所确定的轨温变化幅度，ε为所确定的纵向发生应变。

6.根据权利要求1、2、3、5中任一项所述的无缝线路纵向力测试方法，其特征在于，所述断面参数检测为接触式断面参数检测。

7.根据权利要求1、2、3、5中任一项所述的无缝线路纵向力测试方法，其特征在于，所述断面参数检测为非接触式断面参数检测。

8.根据权利要求1所述的无缝线路纵向力测试方法，其特征在于，当所述无缝线路为设置在路基上的无缝线路时，所述纵向发生应变为所述被测钢轨由于轨温变化发生的横向位移在释放时引起的纵向发生应变。

9.根据权利要求1所述的无缝线路纵向力测试方法，其特征在于，当所述无缝线路为设置在桥梁上的无缝线路时，所述纵向发生应变包括：所述被测钢轨由于轨温变化发生的横向位移在释放时引起的第一纵向发生应变；以及所述被测钢轨由于受所述桥梁伸缩变形影响而具有的第二纵向发生应变。

10.一种无缝线路纵向力测试系统，其特征在于，包括：

建立模块，用于根据断面参数检测的条件，建立被测钢轨对应关系，所述被测钢轨对应关系包括无缝线路中的被测钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度和纵向发生应变之间的关系；

获取模块，用于获取通过对所述被测钢轨和补偿钢轨同时进行断面参数检测所获得的所述被测钢轨的断面参数和所述补偿钢轨的断面参数，其中，所述补偿钢轨为所述断面参数检测中平行地置于所述被测钢轨旁边并与所述被测钢轨保持预设距离的钢轨，所述补偿钢轨与所述被测钢轨具有相同的材料；

第一计算模块，用于根据所获取的断面参数分别确定所述被测钢轨的第一断面参数改变量和所述补偿钢轨的第二断面参数改变量；

第二计算模块，用于根据所述第二断面参数改变量和预先建立的补偿钢轨对应关系确定对应的轨温变化幅度，所述补偿钢轨对应关系包括所述补偿钢轨的断面参数改变量与轨温变化幅度之间的关系；

第三计算模块，用于根据所确定的轨温变化幅度、所述第一断面参数改变量和所述被测钢轨对应关系确定对应的纵向发生应变；

第四计算模块，用于利用所确定的纵向发生应变计算所述被测钢轨中的纵向力。