CN109190312A - 计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法、装置及电子设备 - Google Patents

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CN109190312A CN201811270360.8A CN201811270360A CN109190312A CN 109190312 A CN109190312 A CN 109190312A CN 201811270360 A CN201811270360 A CN 201811270360A CN 109190312 A CN109190312 A CN 109190312A
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王君明
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Abstract

本发明提供了一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法、装置及电子设备，涉及高速铁路的技术领域，该方法包括：获取桥墩沉降处桥梁的竖向变形；将竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道变形量；映射解析模型为反映桥梁竖向变形与轨道变形对应关系的模型；确定轨道不平顺功率谱密度函数，通过数值分析方法将轨道不平顺功率谱密度函数拟合生成轨道不平顺图；根据轨道变形量与轨道不平顺图，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。本实施例提供的计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法、装置及电子设备可以准确的获得桥墩沉降处的轨道不平顺。

Description

计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及高速铁路技术邻域，尤其是涉及一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法、装置及电子设备。
背景技术
高速铁路线路在运营过程中，由于车轮的长期反复作用，轨面会产生不均匀磨耗，引起轨道变形，形成轨道不平顺。高速铁路桥梁在高铁运营里程中占有很大的比例，部分高铁线路会不可避免地处于特殊地质条件下。在列车的长期作用下，软土地基将会产生较大的附加沉降，因此位于这些软土地质区域的高速铁路桥梁结构在运营过程中很可能出现不同程度的桥墩沉降。桥墩沉降会导致桥上钢轨产生附加形变，进而影响轨道的平顺性与行车安全。轨道不平顺是轮轨系统的激扰源，是引起列车和桥梁振动的主要原因，对行车安全性、舒适性、轨道部件及桥梁结构使用寿命等产生不利影响。
目前在计算分析车桥耦合振动模型时，通常采用美国或德国随机不平顺谱。但在桥墩发生沉降位置处，以上两种轨道不平顺谱不能完全真实的模拟轨道的变形情况，会导致最终车桥耦合振动计算结果存在较大偏差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法、装置及电子设备，可以提高桥墩沉降处模拟轨道的变形的精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法，包括：获取桥墩沉降处桥梁的竖向变形；将竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道变形量；映射解析模型为反映桥梁竖向变形与轨道变形对应关系的模型；确定轨道不平顺功率谱密度函数，通过数值分析方法将轨道不平顺功率谱密度函数拟合生成轨道不平顺图；根据轨道变形量与轨道不平顺图，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，根据轨道变形量与轨道不平顺图得到桥墩沉降处的轨道不平顺图的步骤，包括：根据桥墩沉降引起的轨道变形量绘制轨道变形图；将轨道变形图与轨道不平顺图叠加，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，包括：建立轨道板模型和钢轨模型；轨道板模型中轨道板由连续弹簧支撑；钢轨模型中钢轨由扣件支撑；根据轨道板模型和钢轨模型建立桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，建立轨道板模型的步骤，包括：
计算多个扣件力作用下轨道板变形表达式和梁体竖向变形作用导致轨道板变形表达式；将多个扣件力作用下轨道板变形表达式和梁体竖向变形作用导致轨道板变形表达式求和，得到轨道板变形总表达式；轨道板变形总表达式作为轨道板模型的数学表达式。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，建立钢轨模型的步骤，包括：计算微分段的钢轨变形表达式；根据线性叠加原理将微分段的钢轨变形表达式叠加，得到钢轨变形总表达式；钢轨变形总表达式作为钢轨模型的数学表达式。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，根据轨道板模型和钢轨模型建立映射解析模型，包括：将轨道板变形总表达式和钢轨变形总表达式代入扣件力表达式，得出目标扣件力表达式；将具体的扣件力表达式代入钢轨变形总表达式，得到轨道变形表达式；轨道变形表达式作为桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型的数学表达式。
第二方面，本发明实施例还提供一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的装置，包括：竖向变形获取模块，用于获取桥墩沉降处桥梁的竖向变形；轨道变形量计算模块，用于将竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道变形量；映射解析模型为反映桥梁竖向变形与轨道变形对应关系的模型；拟合模块，用于确定轨道不平顺功率谱密度函数，通过数值分析方法将轨道不平顺功率谱密度函数拟合生成轨道不平顺图；不平顺计算模块，用于根据轨道变形量与轨道不平顺图，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，不平顺计算模块还用于：根据轨道变形量绘制轨道变形图；将轨道变形图与轨道不平顺图叠加，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括模型建立模块，模型建立模块用于：建立轨道板模型和钢轨模型；轨道板模型中轨道板由连续弹簧支撑；钢轨模型中钢轨由扣件支撑；根据轨道板模型和钢轨模型建立桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型。
第三方面，本发明实施例还提供一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现第一方面及第一方面的第一至第五种可能的实施方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法，将桥梁竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道变形量；确定轨道不平顺功率谱密度函数，通过数值分析方法将轨道不平顺功率谱密度函数拟合生成轨道不平顺图；根据轨道变形量与轨道不平顺图，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。当桥墩发生沉降时，相当于给原始轨道随机不平顺叠加了由桥墩沉降引起的轨道变形。该方法能够快速，准确的获得桥桥墩沉降处的轨道不平顺。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明实施例提供的一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的坐标系布置示意图；
图3为本发明实施例提供的扣件力作用下轨道板受力图；
图4为本发明实施例提供的轨道板微分段受力分析图；
图5为本发明实施例提供的梁体竖向变形作用下轨道板受力图；
图6为本发明实施例提供的钢轨受力分析图；
图7为桥墩沉降10mm引起的轨面变形的里程-幅值图；
图8为德国轨道不平顺样本；
图9为桥墩沉降10mm处的轨道不平顺样本；
图10为本发明实施例提供的一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的装置的结构示意图。
图示：
20-桥墩；21-钢轨；22-扣件；23-轨道板；24-砂浆层；25-底座板；26-梁体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
目前通常采用的美国或德国随机不平顺函数，但在桥墩发生沉降位置处，不能完全真实的模拟轨道的变形情况，基于此，本发明实施例提供的一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法，可以提高桥墩沉降处模拟轨道的变形的精度。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法进行详细介绍。
实施例1
本发明实施例提供了一种计算桥墩沉降处的轨道不平顺的方法。
图1是本发明一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法的流程示意图，包括如下步骤：
步骤S101，获取桥墩沉降处桥梁的竖向变形。
多跨桥的中间支承结构称为桥墩，桥墩与桥梁连接起支撑作用，在桥墩沉降处桥梁也会随之发生竖向变形。上述竖向变形是指在垂直于地球表面的方向上发生变形，当桥墩沉降时桥梁会随之发生竖直向下的变形。桥墩沉降量为桥梁的竖向变形量，可以采取直接测量的方式获取桥墩沉降量，进而获取对应位置处桥梁的竖向变形量。
步骤S102，将竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道变形量；
映射解析模型则为反映桥梁竖向变形与轨道变形对应关系的模型。桥梁变形通过轨道的各层间结构逐层传递，最终映射至轨面产生轨道附加变形，该模型反映了上述映射关系。该轨道附加变形为桥梁竖向变形所引起的轨道的变形，与其他因素如梁体竖向错台、梁端竖向转角等无关。桥梁发生竖向变形，由映射关系可知轨道变形也为竖向变形。由于该模型适用于计算桥梁竖向变形引起的具有类似轨道层间结构的轨道变形，因此该模型具有较好的通用性。需要说明的是此处的轨道具体为与车轮接触的轨道表面，例如钢轨表面。
步骤S103，确定轨道不平顺功率谱密度函数，通过数值分析方法将轨道不平顺功率谱密度函数拟合生成轨道不平顺图；
轨道不平顺功率谱密度函数是里程位置和时间的随机函数，反应了如轨缝、轨枕空吊等诸多因素对轨面变形的影响。上述诸多因素不包括桥墩沉降。美国和德国等许多国家都测定了各自的轨道不平顺功率谱密度函数。例如，可以选用常用的德国低干扰轨道随机不平顺谱密度函数。确定轨道不平顺功率谱密度函数后，需采用数值方法对轨道不平顺功率谱密度函数进行拟合以生成轨道不平顺图，此处的轨道不平顺功率谱密度函数可简称为轨道不平顺功率谱，轨道不平顺图也可称为轨道不平顺样本。三角级数法、白噪声法、二次滤波法等多种数值方法均可实现轨道不平顺功率谱的拟合。本实施例以采用三角级数法生成轨道不平顺样本为例。
步骤S104，将轨道变形量与轨道不平顺图叠加，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
根据轨道变形量与轨道不平顺样本得到桥墩沉降处的轨道不平顺样本的步骤，包括：
(1)根据桥墩沉降引起的轨道变形量绘制轨道变形图；
(2)将轨道变形图与轨道不平顺样本叠加，得到桥墩沉降处的轨道不平顺样本。轨道变形图与轨道不平顺样本均为里程-幅值图反映了在不同的因素影响下轨道的变形随里程的变化情况，可以直接叠加。并通过MATLAB编程实现模型求解的程序化，避免反复计算，节省时间提高精确度。
本发明提供了一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法，将桥梁竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道变形量；确定轨道不平顺功率谱密度函数，通过数值分析方法将轨道不平顺功率谱密度函数拟合生成轨道不平顺图；根据轨道变形量与轨道不平顺图，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。当桥墩发生沉降时，相当于给原始轨道随机不平顺叠加了由桥墩沉降引起的轨道变形。该方法能够快速，准确的获得桥桥墩沉降处的轨道不平顺。
高速铁路桥梁系统主要由“梁体－底座板－砂浆层－轨道板－钢轨”组成，桥梁变形通过各层间结构逐层传递，最终映射至轨面产生附加变形。扣件将轨道板与钢轨连接。当桥梁发生竖向变形时的受力分析的主要过程包括：桥梁梁体发生竖向变形后，与桥梁牢固连接的底座板跟随桥梁共同变形，导致底座板与其上部轨道板间产生相对位移，从而引起底座与轨道板的连接结构砂浆层产生拉力或压为，进而使轨道板在砂浆层拉力或压力及自身重力作用下产生竖向变形。而此变形又会引起轨道板与上部钢轨间的相对位移，从而导致扣件力的产生，进而使钢轨在扣件为及自身重力作用下发生竖向变形，最后在几何形位交互影响与变形协调效应下达到受力平衡状态。
因此为了建立上述桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型需要先建立轨道板模型和钢轨模型。轨道板模型中轨道板由连续弹簧支撑，由于砂浆层具有弹性，可将其对轨道板的竖向支撑作用视为沿钢轨中心线连续分布的Winker线性弹簧。当梁体发生竖向变形时，轨道板受到砂浆层弹簧力和扣件力共同作用并达到受力平衡状态。钢轨模型中钢轨由扣件支撑，将扣件考虑为线性弹簧，因此钢轨的实际受力形态为弹性点支撑无限长梁。最后，根据轨道板模型和钢轨模型建立桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型。
建立桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型的具体步骤如下：
首先，建立上述轨道板模型，建立上述轨道板模型的具体步骤包括：
(1)计算多个扣件力作用下轨道板变形表达式和梁体竖向变形作用导致轨道板变形表达式。当梁体发生竖向变形时，轨道板受到砂浆层弹簧力和扣件力共同作用并达到受力平衡状态，轨道板受力可看作桥梁不发生变形只承受扣件力作用和只承受桥梁结构竖向变形作用两部分的线性叠加。分别计算扣件力单独作用和梁体竖向变形单独作用引起的轨道板变形的表达式。通常每个轨道板都需要多个扣件与钢轨连接，因此也就有多个扣件力作用在轨道板上，扣件力作用可由多个扣件力作用叠加而成。
(2)将多个扣件力作用下轨道板变形表达式和梁体竖向变形作用导致轨道板变形表达式求和，得到轨道板变形总表达式。轨道板受力可分解为扣件力单独作用和梁体竖向变形单独作用。轨道板变形总表达式作为轨道板模型的数学表达式。
然后，建立钢轨模型，建立钢轨模型的具体步骤包括：
(1)计算微分段的钢轨变形表达式。
(2)根据线性叠加原理将微分段的钢轨变形表达式叠加，得到钢轨竖向变形总表达式；钢轨变形总表达式作为钢轨模型的数学表达式。
通过建立轨道板模型获取了桥梁竖向变形与轨道板变形的映射关系，通过建立钢轨模型获取了轨道板变形与钢轨变形的映射关系，因此可以根据上述桥梁竖向变形与轨道板变形的映射关系和轨道板变形与钢轨变形的映射关系获得桥梁竖向变形与钢轨变形的映射关系。
最后，通过轨道板模型和钢轨模型建立映射解析模型。通过轨道板模型和钢轨模型建立映射解析模型的步骤包括：
(1)将轨道板变形总表达式和钢轨变形总表达式代入扣件力表达式，得出目标扣件力表达式。扣件力表达式由扣件力与轨道板变形及钢轨变形的关系可推知。上述扣件力表达式为关系式，目标扣件力表达式为具体的表达式。
(2)将目标扣件力表达式代入钢轨变形总表达式，得到轨道变形表达式；该轨道变形表达式作为桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型的数学表达式。
下面以CRTSⅠ型单元板式无砟轨道结构为例，就桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型的具体求解过程做详细说明。
如图2所示的坐标系布置示意图，建立桥梁结构及轨道各层间结构整体坐标系，(Xb,Yb,Zb)、(Xs,Ys,Zs)、(Xr,Yr,Zr)分别表示梁体26、轨道板23、钢轨21整体坐标；(xmb,ymb,zmb)、(xms,yms,zms)分别表示第m跨梁体26及轨道板23局部坐标，lm为第m个轨道板23起始点位于整体坐标系的纵向坐标值。轨道板23只受扣件力作用：扣件力作用效应可视为多个扣件力单独作用效应的线性叠加。
参见如图3所示的扣件力作用下轨道板受力图，取第m个轨道板23为研究对象，轨道板23上扣件22的数目为n，Pmi为第m个轨道板23上第i个扣件22对轨道板23的作用力,该作用力垂直于轨道板23向下。
参见如图4所示的轨道板微分段受力图，取轨道板23纵坐标x处的微分段进行受力分析。M为截面弯矩，G为剪力,R(x)为砂浆层24弹簧力。由于将AC砂浆层24视为Winker线性弹簧，其弹簧力R(x)为:
R(x)＝kcyy(x) (1)
其中，kcykcy为CA砂浆层24支撑线刚度，y(x)为轨道板23在只承受扣件力作用下的竖向变形，桥梁不发生变形只在端部承受单个扣件力作用的轨道板23为分析对象，由平衡条件可得：
微分段竖向力平衡：∑V＝Q+R(x)-(Q+dQ)＝0 (2)
微分段力矩平衡：
梁挠曲线微分方程有公式：
综上，联立式(1)、(2)、(3)、(4)，令
解得：y＝A1chλxcosλx+B1chλxsinλx+C1shλxcosλx+D1chλxsinλx (5)
由梁的变形与曲率的关系及梁的绕曲线近似微分方程可知：
当x＝0时，轨道板23初始条件：
其中y0、M0、Q0别为x＝0处的位移、转角、弯矩和剪力。
结合(5)、(6)和(7)得到关于轨道板23初始条件的变形函数：
其中：A(x)＝chλxcosλx，
根据高速铁路CRTSⅠ型单元板式无砟轨道的扣件布置情况，轨道板23两端无外力作用，且由于砂浆层24弹簧对轨道板23为分布线性支撑，因此，在轨道板23两端位置不受集中外力作用，故以轨道板23板端处的弯矩、剪力为零。
基于线性叠加原理，结合(8)式及轨道板23边界条件，求得第m个轨道板23第i个扣件22处的变形值为：
其中：分别为扣件力作用下第m个轨道板23在i处的位移及转角。
轨道板23只受梁体26竖向变形作用：
参见如图5所示的梁体竖向变形作用下轨道板受力图，桥梁结构竖向变形作用可等效为使桥梁结构产生相同变形的任意荷载，此处采用集中荷载形式，对于微分段dx的轨道板23，等效集中荷载的大小为kcyymb(x)dx。
轨道板23变形总量：只承受扣件力作用下轨道板23的变形和只承受桥梁结构竖向变形作用下轨道板23的变形的叠加。第m个轨道板23在第i个扣件22处的变形总量ymsi为：
其中，yms0、分别为第m个轨道板23在x＝0处的位移及转角。
将上式整理为矩阵形式：[Vms]＝[Rms]+[Dm][Pm](10)
其中：Vms(i,1)＝ymsi，Pm(i,1)＝Pmi
Vms，第m个轨道板23所有扣件22位置处的竖向变形植矩阵；
Rms，桥梁结构竖向变形对第m个轨道板23变形的影响矩阵；
Pms，第m个轨道板23上的扣件22竖向力矩阵；
Dms，第m个轨道板23竖向变形的扣件力影响矩阵。
假设所分析钢轨21受力区域中，桥跨数设置为M，每跨轨道板23数目为N，总的扣件22数目为sum，将M×N个轨道板23上sum个扣件22位置处的轨道板23变形值整理为矩阵形式：
[Vs]＝[R]+[D][P] (11)
其中：
钢轨模型：扣件22支撑的钢轨21，将扣件22考虑为线性弹簧，因此钢轨21的实际受力形态为弹性点支撑无限长梁。
在桥梁发生竖向变形时，只有一定长度范围内的钢轨21受到影响，故在计算时选取足够长度的钢轨21进行分析即可。
参见图6钢轨受力分析图，取Xr＝(lt,lt+1)区间的钢轨21进行分析。Mt和Qt分别为Xr＝lt时的钢轨21截面弯矩和剪力，Mt+1和Qt+1分别为Xr＝lt+1时的钢轨21截面弯矩和剪力。在两扣件力之间，钢轨21剪力不变。利用局部坐标系(x,y)代替钢轨21整体坐标系(Xr,Yr)进行钢轨21力学分析。
梁挠曲线近似微分方程：
并结合边界条件,当x＝0处，钢轨21左端变形为yt，转角为弯矩Mt，剪力Qt，得出：
根据线性叠加原理，得到第t个扣件22位置处的钢轨21变形表达式为:
将所有扣件22位置处钢轨21变形表示为矩阵形式：[Vr]＝[L][P](15)
其中：Vr(t,1)＝Yrt，
由扣件力与轨道板23变形及钢轨21变形的关系可知扣件力矩阵：
[P]＝kfy([Vs]-[Vr]) (16)
其中，kfy为扣件22竖向弹簧刚度，联立式(11)与(15)得到扣件力目标矩阵表达式：
[P]＝kfy([I]+kfy[L]-kfy[D])-1[R] (17)
其中，式中[I]为sum×sum阶单位矩阵，
结合(15)式和(17)式，整理得桥墩沉降变形映射至轨面的解析表达式表达式：
[Vr]＝kfy[L]([I]+kfy[L]-kfy[D])-1[R] (18)
其中，仅[R]中的元素与桥墩沉降量有关。通过给定桥墩沉降量，即可计算出发生沉降附近位置处钢轨21的变形量。通过MATLAB编程实现模型求解的程序化，输入桥墩沉降量及参数就可以输出里程幅值图。
德国低干扰轨道不平顺功率谱密度函数为：
其中参数Av取值为：4.032e-7cm2·rad/m，Ωc取值为：0.8246rad/m，Ωr取值为：0.0206rad/m。然后采用三角级数法生成轨道不平顺函数，采用余弦函数：
其中，w(x)为所产生的轨道不平顺序列；S(wk)为轨道不平顺的功率谱密度函数；wk(k＝1,2,…N)为选定的频率，其中w1、wn为选取频率的上限与下限；Δw为频率的带宽；为第k个频率的相位，一般可按0～2π间均匀取值。
分别获取了桥墩沉降处钢轨21的变形图以及由德国低干扰轨道功率谱密度函数得到的轨道不平顺图，然后二者进行叠加，即可获得桥墩沉降变形下轨道不平顺图。
本发明实施例提供了一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法。首先建立轨道板模型和钢轨模型，通过轨道板模型和钢轨模型建立桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型。将竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道变形量，根据上述轨道变形量得到桥墩沉降处的轨道变形图。然后，根据德国低干扰轨道功率谱密度，并采用三角级数法生成轨道随机不平顺图。最后将桥墩沉降处的轨道变形图与德国低干扰轨道随机不平顺图叠加，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。该方法能够快速，准确的获得桥墩沉降处的轨道不平顺。
实施例2
本发明实施例对上述实施例提供的桥墩沉降处轨道不平顺和现有的德国低干扰轨道不平顺进行仿真对比，采用数学软件MATLAB编程，实现解析模型求解程序化。
C1：当桥墩沉降10mm时，将其值带入桥墩沉降变形映射至轨面的解析表达式，可以计算相应的轨面变形，通过画图软件得到图7桥墩沉降10mm引起的轨面变形的里程-幅值图。
C2：现有的德国低干扰轨道不平顺，基于德国低干扰轨道功率谱密度，采用三角级数法生成图8德国轨道不平顺样本。
C3：为所设计的桥墩沉降处的轨道不平顺，将以上两步得到的钢轨变形图叠加得到图9桥墩沉降变形处轨道不平顺样本。
通过叠加前后轨道不平顺里程-幅值图的变化可以直观的观察到桥墩沉降变形对轨道不平顺的影响，说明桥墩沉降变形处轨道不平顺样本能更真实的模拟轨道的变形情况。
实施例3
对应实施例1中所提供的一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法，本发明实施例提供了一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的装置，参见图10所示的一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的装置的结构框图，包括：
竖向变形获取模块1001，用于获取桥墩沉降处桥梁的竖向变形；
轨道变形量计算模块1002，用于将竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道竖向变形量。映射解析模型为反映桥梁竖向变形与轨道竖向变形对应关系的模型。
拟合模块1003，用于确定轨道不平顺功率谱密度函数，通过数值分析方法将轨道不平顺功率谱密度函数拟合生成轨道不平顺图。
不平顺计算模块1004，用于根据轨道变形量与轨道不平顺图，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
不平顺计算模块1004还用于：根据所述轨道变形量绘制轨道变形图；
将轨道变形图与轨道不平顺图叠加，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
该装置还包括模型建立模块，模型建立模块用于：
建立轨道板模型和钢轨模型；轨道板模型中轨道板由连续弹簧支撑；钢轨模型中钢轨由扣件22支撑；
根据轨道板模型和钢轨模型建立桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型。
本实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和实施例1相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考方法实施例1中相应内容。
实施例4
本发明实施例提供了一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例1所提供的方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的计算轨道不平顺的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明实施方式还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述实施方式的方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施方式中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明实施方式的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施方式，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的方法，其特征在于，包括：
获取桥墩沉降处桥梁的竖向变形；
将所述竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道变形量；所述映射解析模型为反映桥梁竖向变形与轨道变形对应关系的模型；
确定轨道不平顺功率谱密度函数，通过数值分析方法将所述轨道不平顺功率谱密度函数拟合生成轨道不平顺图；
根据所述轨道变形量与所述轨道不平顺图，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述轨道变形量与所述轨道不平顺图得到桥墩沉降处的轨道不平顺图的步骤，包括：
根据所述桥墩沉降引起的轨道变形量绘制轨道变形图；
将所述轨道变形图与所述轨道不平顺图叠加，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
建立轨道板模型和钢轨模型；所述轨道板模型中轨道板由连续弹簧支撑；所述钢轨模型中钢轨由扣件支撑；
根据所述轨道板模型和所述钢轨模型建立所述桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述建立所述轨道板模型的步骤，包括：
计算多个扣件力作用下轨道板变形表达式和梁体竖向变形作用导致轨道板变形表达式；
将所述多个扣件力作用下轨道板变形表达式和所述梁体竖向变形作用导致轨道板变形表达式求和，得到轨道板变形总表达式；所述轨道板变形总表达式作为所述轨道板模型的数学表达式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述建立所述钢轨模型的步骤，包括：
计算微分段的钢轨变形表达式；
根据线性叠加原理将所述微分段的钢轨竖向变形表达式叠加，得到钢轨变形总表达式；
所述钢轨变形总表达式作为所述钢轨模型的数学表达式。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述轨道板模型和所述钢轨模型建立所述映射解析模型，包括：
将所述轨道板变形总表达式和所述钢轨变形总表达式代入扣件力表达式，得出目标扣件力表达式；
将所述具体的扣件力表达式代入所述钢轨变形总表达式，得到轨道变形表达式；
所述轨道变形表达式作为所述桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型的数学表达式。
7.一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的装置，其特征在于，包括：
竖向变形获取模块，用于获取桥墩沉降处桥梁的竖向变形；
轨道变形量计算模块，用于将所述竖向变形输入桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型，计算桥墩沉降引起的轨道变形量；所述映射解析模型为反映桥梁竖向变形与轨道变形对应关系的模型；
拟合模块，用于确定轨道不平顺功率谱密度函数，通过数值分析方法将所述轨道不平顺功率谱密度函数拟合生成轨道不平顺图；
不平顺计算模块，用于根据所述轨道变形量与所述轨道不平顺图，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述不平顺计算模块还用于：
根据所述轨道变形量绘制轨道变形图；
将所述轨道变形图与所述轨道不平顺图叠加，得到桥墩沉降处的轨道不平顺图。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括模型建立模块，所述模型建立模块用于：
建立轨道板模型和钢轨模型；所述轨道板模型中轨道板由连续弹簧支撑；所述钢轨模型中钢轨由扣件支撑；
根据所述轨道板模型和所述钢轨模型建立所述桥梁竖向变形与轨道变形的映射解析模型。
10.一种计算桥墩沉降处轨道不平顺的电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述的方法。
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