CN109271743A - 无砟轨道钢轨形态的确定方法及装置 - Google Patents

无砟轨道钢轨形态的确定方法及装置 Download PDF

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CN109271743A
CN109271743A CN201811268093.0A CN201811268093A CN109271743A CN 109271743 A CN109271743 A CN 109271743A CN 201811268093 A CN201811268093 A CN 201811268093A CN 109271743 A CN109271743 A CN 109271743A
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勾红叶
冉智文
蒲黔辉
王君明
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    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads

Abstract

本发明提供了一种无砟轨道钢轨形态的确定方法及装置，涉及桥梁工程的技术领域，包括获取预先存储的当前桥梁结构对应的桥梁参数模型；根据桥梁参数模型，结合桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适应选取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道板的影响矩阵；根据计算得到的影响矩阵，以及预先储存的桥梁参数模型计算桥梁结构到轨面的映射矩阵；根据映射矩阵求解桥梁结构的钢轨竖向形变值，最终获得全轨道形态。本发明采用预先建立桥梁参数模型的方法，结合桥梁附加形态自适应选取机制，只需确认桥梁附加形变情况，即可快速获得全钢轨形态，无需消耗过多的人力及时间，提高了检测效率。

Description

无砟轨道钢轨形态的确定方法及装置
技术领域
本发明涉及桥梁工程领域，尤其是涉及一种无砟轨道钢轨形态的确定 方法及装置。
背景技术
对于处在地理环境相对复杂的铁路桥梁而言，在地震、列车循环荷载 及大风等不利条件的作用下，铁路桥梁将产生诸如桥墩沉降等一系列的附 加形变。当桥梁产生附加形变时，上部轨道结构在层间作用下势必会发生 钢轨形态的改变从而影响桥上行车的安全性。因此，为确保行车安全，研 究桥梁附加形变作用下的无砟轨道钢轨形态具有重要意义。
目前对于铁路无砟轨道钢轨形态的测量方法主要是通过用一根20m的 弦线在钢轨顶面顺着前进方向套拉10m的测点进行数据测量，或是通过轨 检车检测系统来确定轨道钢轨形态。尽管目前的测量手段能够精确确定无 砟轨道钢轨形态，但是整套测量流程需要投入大量的人力和物力，并且过 长的检测时间会严重影响高速铁路的正常运营。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无砟轨道钢轨形态的确定方法 及装置，以避免上述现场对轨道的长时间检测，缓解传统测量方法耗时耗 力的问题，提高了工作效率。
第一方面，本发明实施例提供了一种无砟轨道钢轨形态的确定方法， 该方法包括：获取预先存储的当前桥梁结构对应的桥梁参数模型；根据桥 梁参数模型，结合桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适应选取机制 计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道板的影响矩阵；根据影响矩阵， 以及桥梁参数模型计算桥梁结构到轨面的映射矩阵；根据映射矩阵求解桥 梁结构的钢轨竖向形变值，最终获得全轨道形态。
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，桥梁参数模型为与轨道板有关的参数模型，桥梁参数模型包括 第一模型函数矩阵和第二模型矩阵；
其中，第m个轨道板的第一模型函数包括：
Fm1(x)＝k1A(xm-x)+k2B(xm-x)；
Fm2(x)＝k3D(xmi-x)；
第m个轨道板的第二模型函数包括：
其中，xmi为第m个轨道板第i个扣件力的横坐标值；xm为第m个轨道 板的总长度；EIr为钢轨刚度；EIs为轨道板刚度；xt为全轨道板的整体直角 坐标系下的第t个扣件处的横坐标值；X为铁轨总长度；Fm1为砂浆层整体 对第m个轨道板的扣件点的影响系数；Fm2为砂浆层局部对第m个轨道板 的扣件点的影响系数；Dm(i,j)为第m个轨道板上第j个扣件力对第i个扣件 点的影响系数(j≤i)；L(t,k)为扣件力对第t个扣件处的钢轨的影响系数；kcy为砂浆层竖向刚度；sum为全钢轨的总扣件数；k1，k2，k3均为和轨道板长 度有关的常数项；
A(x)＝chλxcosλx；
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方 面的第二种可能的实施方式。
其中，桥梁结构的附加形态包括桥梁结构的附加形变值，附加形变值 包括以下形变值的一种或者多种：桥墩沉降值、梁体错台值和梁端转角值；
根据桥梁参数模型，结合桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适 应选取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道板的影响矩阵的步骤 包括：
提取桥梁参数模型包括的第一模型函数；
根据第一模型函数和桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适应选 取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道板的影响矩阵，影响矩阵 自适应选取机制表示为：[R]＝∑[Re]f(d,u,α)，其中，[Re]f(d,u,α)为单一附 加形变量的影响矩阵，d为桥墩沉降值、u为梁体错台值和α为梁端转角值， 单一附加形变量的影响矩阵是根据单一附加形变情况进行自适应计算所 得，具体为：
式中，Rme(i,1)为矩阵[Rme]的元素；Z＝1为桥墩沉降左侧端情况；Z＝2 为桥墩沉降右侧端情况；Z＝3为桥梁竖向错台情况；Z＝4为桥梁竖向转向情 况；T1(n1,x)为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其左侧梁体影响系数；T2(n1,x) 为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其右侧梁体影响系数；T3(n1,x)为第n1跨桥 梁竖向转向影响系数。
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，根据影响矩阵，以及桥梁参数模型计算桥梁 结构到轨面的映射矩阵的步骤包括：
提取桥梁参数模型包括的第一模型函数与第二模型函数；
根据第一模型函数、第二模型函数和影响矩阵计算桥梁结构到轨面的 映射矩阵，其中，映射矩阵表示为：
[Vr]＝kfy[L]([I]+kfy[L]-kfy[D])-1[R]；
其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度；I为单位矩阵；[L]为钢轨竖向形变的扣 件力影响矩阵元素，L(t,k)为矩阵[L]的元素；[D]＝diag[[D1],[D2]…[Dm]…] 为扣件力对轨道板的影响矩阵，Dm(i,j)为矩阵[Dm]的元素。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方 面的第四种可能的实施方式，根据映射矩阵求解桥梁结构的钢轨竖向形变 值的步骤包括：
求解映射矩阵的矩阵元素，根据矩阵元素求解桥梁结构任意位置处的 钢轨竖向形变值，钢轨竖向形变值的解析表达式为：
式中，xt≤xr＜x(t+1),t＝1,2…sum；
根据竖向变量值结合固有参数，最终获得全轨道形态。
第二方面，本发明实施例提供了一种无砟轨道钢轨形态的确定装置， 该装置包括：获取模块，用于获取预先存储的当前桥梁结构对应的桥梁参 数模型；第一计算模块，用于根据桥梁参数模型，结合桥梁结构的附加形 态，利用影响矩阵的自适应选取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构 轨道板的影响矩阵；第二计算模块，用于根据影响矩阵，以及桥梁参数模 型计算桥梁结构到轨面的映射矩阵；求解模块，用于根据映射矩阵求解桥梁结构的钢轨竖向形变值，最终获得全轨道形态。
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，桥梁参数模型为与轨道板有关的参数模型，桥梁参数模型包括 第一模型函数矩阵和第二模型矩阵；其中，第m个轨道板的第一模型函数 包括：
Fm1(x)＝k1A(xm-x)+k2B(xm-x)；
Fm2(x)＝k3D(xmi-x)；
第m个轨道板的第二模型函数包括：
其中，xmi为第m个轨道板第i个扣件力的横坐标值；xm为第m个轨道 板的总长度；EIr为钢轨刚度；EIs为轨道板刚度；xt为全轨道板的整体直角 坐标系下的第t个扣件处的横坐标值；X为铁轨总长度；Fm1为砂浆层整体 对第m个轨道板的扣件点的影响系数；Fm2为砂浆层局部对第m个轨道板 的扣件点的影响系数；Dm(i,j)为第m个轨道板上第j个扣件力对第i个扣件 点的影响系数(j≤i)；L(t,k)为扣件力对第t个扣件处的钢轨的影响系数；kcy为砂浆层竖向刚度；sum为全钢轨的总扣件数；k1，k2，k3均为和轨道板长 度有关的常数项；
A(x)＝chλxcosλx；
结合第二方面的第一种可能的实施方式，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，桥梁结构的附加形态包括桥梁结构的附加形变值，附加形变值 包括以下形变值的一种或者多种：桥墩沉降值、梁体错台值和梁端转角值；
第一计算模块用于：
提取桥梁参数模型包括的第一模型函数；
根据第一模型函数和桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适应选 取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道板的影响矩阵，影响矩阵 自适应选取机制表示为：[R]＝∑[Re]f(d,u,α)，其中，[Re]f(d,u,α)为单一附 加形变量的影响矩阵，d为桥墩沉降值、u为梁体错台值和α为梁端转角值， 单一附加形变量的影响矩阵是根据单一附加形变情况进行自适应计算所 得，具体为：
式中，Rme(i,1)为矩阵[Rme]的元素；Z＝1为桥墩沉降左侧端情况；Z＝2 为桥墩沉降右侧端情况；Z＝3为桥梁竖向错台情况；Z＝4为桥梁竖向转向情 况；T1(n1,x)为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其左侧梁体影响系数；T2(n1,x) 为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其右侧梁体影响系数；T3(n1,x)为第n1跨桥 梁竖向转向影响系数。
结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方 面的第三种可能的实施方式，第二计算模块用于：
提取桥梁参数模型包括的第一模型函数与第二模型函数；
根据第一模型函数、第二模型函数和所述影响矩阵计算桥梁结构到轨 面的映射矩阵，其中，映射矩阵表示为：
[Vr]＝kfy[L]([I]+kfy[L]-kfy[D])-1[R]；
其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度；I为单位矩阵；[L]为钢轨竖向形变的扣 件力影响矩阵元素，L(t,k)为矩阵[L]的元素；[D]＝diag[[D1],[D2]…[Dm]…] 为扣件力对轨道板的影响矩阵，Dm(i,j)为矩阵[Dm]的元素。
结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方 面的第四种可能的实施方式，求解模块用于：
求解映射矩阵的矩阵元素，根据矩阵元素求解桥梁结构任意位置处的 钢轨竖向形变值，钢轨竖向形变值的解析表达式为：
式中，xt≤xr＜x(t+1),t＝1,2…sum；
根据竖向变量值结合固有参数，最终获得全轨道形态。
本发明实施例带来了以下有益效果是：
本发明实施例提供的无砟轨道钢轨形态的确定方法及装置，通过获取 预先存储的当前桥梁结构对应的桥梁参数模型，结合桥梁结构的附加形态， 利用影响矩阵的自适应选取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道 板的影响矩阵，进而计算得到桥梁结构到轨面的映射矩阵，再根据映射矩 阵求解桥梁结构的钢轨竖向形变值，最终获得全轨道形态。通过预先存储 桥梁结构的桥梁参数模型的方法能够预先建立多种桥梁模型参数，随时调 用所需桥梁模型。影响矩阵自适应选取机制能够根据实际桥梁的一种或多 种形变情况，采用不同影响矩阵计算方法。这种无砟轨道钢轨形态的确定 方法及装置在实际应用时，无需重复测量桥梁固有参数及在线实时计算， 减小计算所占用的运行内存及时间，节约了人力；同时可确定多桥梁形变 下的钢轨形态，具有广泛的适用性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从 说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其 他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、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无砟轨道钢轨形态的确定方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种坐标系的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种单个轨道板的受力分析图；
图4为本发明实施例提供的一种桥梁发生附加形变时的梁体结构图图；
图5为本发明实施例提供的一种全轨道形态的结果示意图；
图6为本发明实施例提供的一种无砟轨道钢轨形态的确定装置的结构 示意图。
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清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本 领域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。
考虑到常见的无砟轨道钢轨形态的确定方法主要采用多点或者轨检车 进行实测的方法，该方法耗时巨大，基于此，本发明实施例提供的一种无 砟轨道钢轨形态的确定方法及装置。
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无砟 轨道钢轨形态的确定方法及装置进行详细介绍。
实施例一：
参考图1所示的一种无砟轨道钢轨形态的确定方法流程图，该方法包 括如下步骤：
步骤S102，获取预先存储的当前桥梁结构对应的桥梁参数模型。
通常，上述桥梁参数模型为与轨道板有关的参数模型。
具体地，上述桥梁参数模型包括第一模型函数矩阵和第二模型矩阵； 以桥梁包括多个轨道板为例。
其中，第m个轨道板的第一模型函数包括：
Fm1(x)＝k1A(xm-x)+k2B(xm-x)；
Fm2(x)＝k3D(xmi-x)；
第m个轨道板的第二模型函数包括：
其中，xmi为第m个轨道板第i个扣件力的横坐标值；xm为第m个轨道 板的总长度；EIr为钢轨刚度；EIs为轨道板刚度；xt为全轨道板的整体直角 坐标系下的第t个扣件处的横坐标值；X为铁轨总长度；Fm1为砂浆层整体 对第m个轨道板的扣件点的影响系数；Fm2为砂浆层局部对第m个轨道板 的扣件点的影响系数；Dm(i,j)为第m个轨道板上第j个扣件力对第i个扣件 点的影响系数(j≤i)；L(t,k)为扣件力对第t个扣件处的钢轨的影响系数；kcy为砂浆层竖向刚度；sum为全钢轨的总扣件数；k1，k2，k3均为和轨道板长 度有关的常数项；
A(x)＝chλxcosλx；
步骤S104，根据桥梁参数模型，结合桥梁结构的附加形态，利用影响 矩阵的自适应选取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道板的影响 矩阵；
具体实现时，上述桥梁结构的附加形态包括桥梁结构的附加形变值， 附加形变值包括以下形变值的一种或者多种：桥墩沉降值、梁体错台值和 梁端转角值，因此，该步骤S104的具体过程如下：
(1)提取桥梁参数模型包括的第一模型函数；
(2)根据第一模型函数和桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适 应选取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道板的影响矩阵；
具体地，单独计算单一附加形变量的影响矩阵[Re]f(d,u,α)，单一附加 形变量的影响矩阵是根据单一附加形变情况进行自适应计算所得，具体为：
式中，Rme(i,1)为矩阵[Rme]的元素；Z＝1为桥墩沉降左侧端情况；Z＝2 为桥墩沉降右侧端情况；Z＝3为桥梁竖向错台情况；Z＝4为桥梁竖向转向情 况；T1(n1,x)为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其左侧梁体影响系数；T2(n1,x) 为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其右侧梁体影响系数；T3(n1,x)为第n1跨桥 梁竖向转向影响系数；d为桥墩沉降值；u为梁体错台值；α为梁端转角值。
然后再根据具体形变量的种类，计算影响矩阵总和：
[R]＝∑[Re]f(d,u,α)。
步骤S106，根据影响矩阵，以及桥梁参数模型计算桥梁结构到轨面的 映射矩阵；
具体地，该步骤的计算过程可以包括：
提取桥梁参数模型包括的第一模型函数与第二模型函数；
根据第一模型函数、第二模型函数和影响矩阵计算桥梁结构到轨面的 映射矩阵，计算得到的映射矩阵为：
[Vr]＝kfy[L]([I]+kfy[L]-kfy[D])-1[R]；
其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度；I为单位矩阵；[L]为钢轨竖向形变的 扣件力影响矩阵元素，L(t,k)为矩阵[L]的元素；[D]＝diag[[D1],[D2]…[Dm]…] 为扣件力对轨道板的影响矩阵，Dm(i,j)为矩阵[Dm]的元素。
步骤S108，根据所述映射矩阵求解所述桥梁结构的钢轨竖向形变值，最终 获得全轨道形态。
具体地，该求解过程可以包括：
根据步骤S106求解所得的映射矩阵的矩阵元素，求解桥梁结构任意位 置处的钢轨竖向形变值，钢轨竖向形变值的解析表达式为：
式中，xt≤xr＜x(t+1),t＝1,2…sum
根据竖向形变量值结合固有参数，最终获得全轨道形态。
为了便于理解及计算，在具体实施前，需要预先建立桥梁参数模型和 影响矩阵自适应选取机制。
桥梁参数模型的预先建立过程包括：
设计桥梁梁体、轨道板、钢轨整体直角坐标系和局部坐标系，图2示 出了一种坐标系的示意图，具体地，图2为桥梁梁体、轨道面、钢轨整体 直角坐标系和局部坐标系。
设定整体坐标系是以全桥整体为单位，局部坐标系是以单个轨道板为 单位。整体坐标系的竖向坐标轴原点定于各自结构变形前的重力平衡位置 处，水平坐标轴原点定于层间结构的中性轴位置，定义右为水平坐标的正 方向，下为纵坐标的正方向。局部坐标系的竖向坐标轴原点定于各自结构 变形前的重力平衡位置处，水平坐标轴原点定于每个轨道板起点的中性轴 位置，定义右为水平坐标的正方向，下为纵坐标的正方向。设定桥梁梁体、 轨道面、钢轨整体直角坐标轴分别为(Xb,Yb)、(Xs,Ys)、(Xr,Yr)，设定第m个 桥梁梁体及对应轨道面局部坐标轴分别为(xmb,ymb)、(xms,yms)。计算砂浆 层、扣件力及钢轨的影响系数：
图3示出了一种单个轨道板的受力分析图。由图3可知，轨道板受到 扣件力和砂浆层弹簧力的叠加作用，因轨道板微分段竖直力平衡且力矩平 衡，结合梁的绕曲线，可得在桥梁发生形变时，扣件力和砂浆层弹簧力共 同作用下的轨道板竖直形变值为：
式中，(xmi，ymsi)为第m个轨道板第i个扣件力的坐标值；xm为第m个 轨道板的总长度；ymb为第m个梁体的局部坐标系下的纵坐标值；Fm1(x)为 砂浆层整体对扣件点的影响系数，Fm2(x)为砂浆层局部对扣件点的影响系 数；Dm(i,j)为各个扣件力对轨道板扣件点的影响系数(j≤i)；Pmj为第m个 轨道板第j个扣件力大小。
由上述力学分析可知，各层面对扣件点的影响系数分别为：
砂浆层整体对扣件点的影响系数Fm1(x)为：
Fm1(x)＝k1A(xm-x)+k2B(xm-x)
砂浆层局部对扣件点的影响系数Fm2(x)为：
Fm2(x)＝k3D(xmi-x)
各个扣件力对轨道板扣件点的影响系数Dm为：
式中，kcy为砂浆层竖向刚度；EIs为轨道板刚度；k1、k2、k3均为和轨 道板长度有关的常数项，参数具体取值如下：
A(x)＝chλxcosλx；
对钢轨进行力学分析，结合梁的绕曲线微分方程可知，某扣件位置处 的钢轨形变为：
式中，(xt，yrt)为全轨道板的整体直角坐标系下的第t个扣件处的坐标 值；sum为所有桥梁上的轨道板的扣件总数；EIr为钢轨刚度；Pk为全轨道 板上的第k个扣件力大小；F(xk,xt)为第k个扣件力对第t个扣件处的钢轨的 固有影响系数，其计算方法为：
扣件力对第t个扣件处的钢轨的影响系数L(t,k)为：
影响矩阵自适应选取机制的预先建立还包括计算梁体影响系数。
图4示出了一种桥梁发生附加形变时的梁体结构图。
由图4中的(a)图可知，桥墩下沉d会造成桥墩两侧梁体随之形变，则 桥墩两端梁体的局部形变量分别为：
式中，发生桥墩下沉的两侧梁体对应跨数为n1跨和n1+1跨；Lb0为梁端 距支座中心线间的距离；Lb为梁长。
由图4中的(b)图可知，桥梁发生竖向错台u，梁体局部形变量为
Yb＝u
由图4中的(c)图可知，第n1桥梁发生竖向转向α，梁体局部形变量为
Yb＝tanα[Xb-(n1-1)Lb]
因上述梁体竖向形变均以桥梁整体坐标系为参考，将其转换为梁体局 部坐标系，对应的梁体影响系数分别为：
T3(n1,x)＝x+Lm-(n1-1)Lb；
T1(n1,x)为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其左侧梁体影响系数；T2(n1,x) 为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其右侧梁体影响系数；T3(n1,x)为第n1跨桥 梁竖向转向影响系数；Lm为第m个轨道板起始点位于整体坐标系的横向坐 标。
上述实施例1中的方法，获取预先存储的当前桥梁结构的对应桥梁参 数参数模型，自主判断梁体形变类型，利用影响矩阵的自适应选取机制， 计算桥梁结构竖向形变对轨道板的影响矩阵，输入实测或拟定的桥梁附加 形变值，即可得到全钢轨形变量，进而可快速准确输出全轨道形态。这种 通过预先存储桥梁结构的桥梁参数模型的方法能够预先建立多种桥梁模型 参数，随时调用所需桥梁模型。影响矩阵自适应选取机制能够根据实际桥 梁的一种或多种形变情况，采用不同影响矩阵计算方法。这种无砟轨道钢 轨形态的确定方法及装置在实际应用时，无需重复测量桥梁固有参数及在 线实时计算，减小计算所占用的运行内存及时间，节约了人力；同时可确 定多桥梁形变下的钢轨形态，具有广泛的适用性。
基于上述方法，图5示出了一种全轨道形态的结果示意图，如图5所 示，全轨道形态为受桥梁附加形变作用下的全轨道形态。具体地，示出了 高速铁路常用的32m简支梁桥及CRTS I型板式无砟轨道结构在桥墩沉降 2mm、5mm、10mm、15mm和20mm五种工况下，确定轨面几何形态的结 果。
在实际使用时，可以根据建立的高速铁路桥梁附加形变下无砟轨道钢 轨形态的确定方法，通过计算机实现其程序化，分别计算上述五种工况下 的轨面几何形态数据，同时绘制出受桥梁附加形变作用下的全轨道形态示 意图。
其中，图5中横坐标表示钢轨整体直角坐标系横坐标，纵坐标表示钢 轨形变值，由图5可知，采用该方法可以精准得出全轨道形态。
实施例2
对应于上述实施例提供的方法，本发明实施例还提供了一种无砟轨道 钢轨形态的确定装置，参考图6所示的一种无砟轨道钢轨形态的确定装置 的结构示意图，该装置包括以下模块：
获取模块60，用于获取预先存储的当前桥梁结构对应的桥梁参数模型。
第一计算模块62，用于根据桥梁参数模型，结合桥梁结构的附加形态， 利用影响矩阵的自适应选取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道 板的影响矩阵。
第二计算模块64，用于根据影响矩阵，以及桥梁参数模型计算桥梁结 构到轨面的映射矩阵。
求解模块66，用于根据映射矩阵求解桥梁结构的钢轨竖向形变值，最 终获得全轨道形态。
上述装置，通过获取预先存储的当前桥梁结构的对应桥梁参数参数模 型，自主判断梁体形变类型，利用影响矩阵的自适应选取机制，计算桥梁 结构竖向形变对轨道板的影响矩阵，输入实测或拟定的桥梁附加形变值， 即可得到全钢轨形变量，进而可快速准确输出全轨道形态。这种通过预先 存储桥梁结构的桥梁参数模型的方法能够预先建立多种桥梁模型参数，随 时调用所需桥梁模型。影响矩阵自适应选取机制能够根据实际桥梁的一种或多种形变情况，采用不同影响矩阵计算方法。这种无砟轨道钢轨形态的 确定装置在实际应用时，无需重复测量桥梁固有参数及在线实时计算，减 小计算所占用的运行内存及时间，节约了人力；同时可确定多桥梁形变下 的钢轨形态，具有广泛的适用性。
具体实现时，上述获取模块60还包括以下桥梁参数模型，该桥梁参数 模型为与轨道板有关的参考模型，该桥梁参数模型包括第一模型函数矩阵 和第二模型矩阵。
其中，第m个轨道板的第一模型函数包括：
Fm1(x)＝k1A(xm-x)+k2B(xm-x)；
Fm2(x)＝k3D(xmi-x)；
第m个轨道板的第二模型函数包括：
其中，xmi为第m个轨道板第i个扣件力的横坐标值；xm为第m个轨道 板的总长度；EIr为钢轨刚度；EIs为轨道板刚度；xt为全轨道板的整体直角 坐标系下的第t个扣件处的横坐标值；X为铁轨总长度；Fm1为砂浆层整体 对第m个轨道板的扣件点的影响系数；Fm2为砂浆层局部对第m个轨道板 的扣件点的影响系数；Dm(i,j)为第m个轨道板上第j个扣件力对第i个扣件 点的影响系数(j≤i)；L(t,k)为扣件力对第t个扣件处的钢轨的影响系数；kcy为砂浆层竖向刚度；sum为全钢轨的总扣件数；k1，k2，k3均为和轨道板长 度有关的常数项；
A(x)＝chλxcosλx；
具体实现时，上述第一计算模块62用于：
(1)提取桥梁参数模型包括的第一模型函数；
(2)根据第一模型函数和桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适 应选取机制计算桥梁结构的竖向形变对桥梁结构轨道板的影响矩阵。
上述桥梁结构的附加形态包括桥梁结构的附加形变值，附加形变值包 括以下形变值的一种或者多种：桥墩沉降值、梁体错台值和梁端转角值。
具体地，单独计算单一附加形变量的影响矩阵[Re]f(d,u,α)，单一附加 形变量的影响矩阵是根据单一附加形变情况进行自适应计算所得，具体为：
式中，Rme(i,1)为矩阵[Rme]的元素；Z＝1为桥墩沉降左侧端情况；Z＝2 为桥墩沉降右侧端情况；Z＝3为桥梁竖向错台情况；Z＝4为桥梁竖向转向情 况；T1(n1,x)为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其左侧梁体影响系数；T2(n1,x) 为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其右侧梁体影响系数；T3(n1,x)为第n1跨桥 梁竖向转向影响系数；d为桥墩沉降值；u为梁体错台值；α为梁端转角值。
然后再根据具体形变量的种类，计算影响矩阵总和：
[R]＝∑[Re]f(d,u,α)。
具体实现时，上述第二计算模块64用于：
提取桥梁参数模型包括的第一模型函数与第二模型函数；
根据第一模型函数、第二模型函数和所述影响矩阵计算桥梁结构到轨 面的映射矩阵，其中，映射矩阵表示为：
[Vr]＝kfy[L]([I]+kfy[L]-kfy[D])-1[R]；
其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度；I为单位矩阵；[L]为钢轨竖向形变的扣 件力影响矩阵元素，L(t,k)为矩阵[L]的元素；[D]＝diag[[D1],[D2]…[Dm]…] 为扣件力对轨道板的影响矩阵，Dm(i,j)为矩阵[Dm]的元素。
具体实现时，求解模块66用于：
求解所述映射矩阵的矩阵元素，根据矩阵元素求解桥梁结构任意位置 处的钢轨竖向形变值，钢轨竖向形变值的解析表达式为：
式中，xt≤xr＜x(t+1),t＝1,2…sum
根据竖向变量值结合固有参数，最终获得全轨道形态。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方 法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方 法实施例中相应内容。
上述实施例2中提供的无砟轨道钢轨形态的确定装置，通过调用预存 的当前桥梁参数模型，利用影响矩阵自适应选取机制，结合测量或拟定的 一种或多种桥梁附加形变值，即可快速准确地获得桥梁附加形变下的全轨 道钢轨形态，能够节约人力和时间，而且占用较少的运行内存。
本发明实施例提供的无砟轨道钢轨形态的确定装置，与上述实施例提 供的无砟轨道钢轨形态的确定方法具有相同的技术特征，所以也能解决相 同的技术问题，达到相同的技术效果。
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。
最后应说明的是：
附图中的流程图和结构框图显示了根据本发明的多个实施例的方法、 装置和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上， 流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分， 所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功 能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注 的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框 实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所 涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框 图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基 于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露方法和装置， 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。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元 中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在 一个单元中。
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例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。
以上实施例，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 例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例 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 脱离本发明实施例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)

1.一种无砟轨道钢轨形态的确定方法，其特征在于，包括：
获取预先存储的当前桥梁结构对应的桥梁参数模型；
根据所述桥梁参数模型，结合所述桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适应选取机制计算所述桥梁结构的竖向形变对所述桥梁结构轨道板的影响矩阵；
根据所述影响矩阵，以及所述桥梁参数模型计算所述桥梁结构到轨面的映射矩阵；
根据所述映射矩阵求解所述桥梁结构的钢轨竖向形变值，最终获得全轨道形态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述桥梁参数模型为与轨道板有关的参数模型，所述桥梁参数模型包括第一模型函数矩阵和第二模型矩阵；
其中，所述第m个轨道板的第一模型函数包括：
Fm1(x)＝k1A(xm-x)+k2B(xm-x)；
Fm2(x)＝k3D(xmi-x)；
所述第m个轨道板的第二模型函数包括：
其中，xmi为第m个轨道板第i个扣件力的横坐标值；xm为第m个轨道板的总长度；EIr为钢轨刚度；EIs为轨道板刚度；xt为全轨道板的整体直角坐标系下的第t个扣件处的横坐标值；X为铁轨总长度；Fm1为砂浆层整体对第m个轨道板的扣件点的影响系数；Fm2为砂浆层局部对第m个轨道板的扣件点的影响系数；Dm(i,j)为第m个轨道板上第j个扣件力对第i个扣件点的影响系数(j≤i)；L(t,k)为扣件力对第t个扣件处的钢轨的影响系数；kcy为砂浆层竖向刚度；sum为全钢轨的总扣件数；k1，k2，k3均为和轨道板长度有关的常数项；
A(x)＝chλxcosλx；
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述桥梁结构的附加形态包括所述桥梁结构的附加形变值，所述附加形变值包括以下形变值的一种或者多种：桥墩沉降值、梁体错台值和梁端转角值；
所述根据所述桥梁参数模型，结合所述桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适应选取机制计算所述桥梁结构的竖向形变对所述桥梁结构轨道板的影响矩阵的步骤包括：
提取所述桥梁参数模型包括的第一模型函数；
根据所述第一模型函数和所述桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适应选取机制计算所述桥梁结构的竖向形变对所述桥梁结构轨道板的影响矩阵；
所述影响矩阵自适应选取机制表示为：[R]＝∑[Re]f(d,u,α)，其中，[Re]f(d,u,α)为单一附加形变量的影响矩阵，d为桥墩沉降值、u为梁体错台值和α为梁端转角值，所述单一附加形变量的影响矩阵是根据单一附加形变情况进行自适应计算所得，具体为：
[Re]＝[[R1e] … [Rme] …]T；
式中，Rme(i,1)为矩阵[Rme]的元素；Z＝1为桥墩沉降左侧端情况；Z＝2为桥墩沉降右侧端情况；Z＝3为桥梁竖向错台情况；Z＝4为桥梁竖向转向情况；T1(n1,x)为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其左侧梁体影响系数；T2(n1,x)为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其右侧梁体影响系数；T3(n1,x)为第n1跨桥梁竖向转向影响系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述影响矩阵，以及所述桥梁参数模型计算所述桥梁结构到轨面的映射矩阵的步骤包括：
提取所述桥梁参数模型包括的第一模型函数与第二模型函数；
根据所述第一模型函数、所述第二模型函数和所述影响矩阵计算所述桥梁结构到轨面的映射矩阵，其中，所述映射矩阵表示为：
[Vr]＝kfy[L]([I]+kfy[L]-kfy[D])-1[R]；
其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度；I为单位矩阵；[L]为钢轨竖向形变的扣件力影响矩阵元素，L(t,k)为矩阵[L]的元素；[D]＝diag[[D1],[D2]…[Dm]…]为扣件力对轨道板的影响矩阵，Dm(i,j)为矩阵[Dm]的元素。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述映射矩阵求解所述桥梁结构的钢轨竖向形变值的步骤包括：
求解所述映射矩阵的矩阵元素，根据所述矩阵元素求解所述桥梁结构任意位置处的钢轨竖向形变值，所述钢轨竖向形变值的解析表达式为：
式中，xt≤xr＜x(t+1),t＝1,2…sum；
根据竖向形变量值结合固有参数，最终获得全轨道形态。
6.一种无砟轨道钢轨形态的确定装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取预先存储的当前桥梁结构对应的桥梁参数模型；
第一计算模块，用于根据所述桥梁参数模型，结合所述桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适应选取机制计算所述桥梁结构的竖向形变对所述桥梁结构轨道板的影响矩阵；
第二计算模块，用于根据所述影响矩阵，以及所述桥梁参数模型计算所述桥梁结构到轨面的映射矩阵；
求解模块，用于根据所述映射矩阵求解所述桥梁结构的钢轨竖向形变值，最终获得全轨道形态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述桥梁参数模型为与轨道板有关的参数模型，所述桥梁参数模型包括第一模型函数矩阵和第二模型矩阵；
其中，所述第m个轨道板的第一模型函数包括：
Fm1(x)＝k1A(xm-x)+k2B(xm-x)；
Fm2(x)＝k3D(xmi-x)；
所述第m个轨道板的第二模型函数包括：
其中，xmi为第m个轨道板第i个扣件力的横坐标值；xm为第m个轨道板的总长度；EIr为钢轨刚度；EIs为轨道板刚度；xt为全轨道板的整体直角坐标系下的第t个扣件处的横坐标值；X为铁轨总长度；Fm1为砂浆层整体对第m个轨道板的扣件点的影响系数；Fm2为砂浆层局部对第m个轨道板的扣件点的影响系数；Dm(i,j)为第m个轨道板上第j个扣件力对第i个扣件点的影响系数(j≤i)；L(t,k)为扣件力对第t个扣件处的钢轨的影响系数；kcy为砂浆层竖向刚度；sum为全钢轨的总扣件数；k1，k2，k3均为和轨道板长度有关的常数项；
A(x)＝chλxcosλx；
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述桥梁结构的附加形态包括所述桥梁结构的附加形变值，所述附加形变值包括以下形变值的一种或者多种：桥墩沉降值、梁体错台值和梁端转角值；
所述第一计算模块用于：
提取所述桥梁参数模型包括的第一模型函数；
根据所述第一模型函数和所述桥梁结构的附加形态，利用影响矩阵的自适应选取机制计算所述桥梁结构的竖向形变对所述桥梁结构轨道板的影响矩阵；所述影响矩阵自适应选取机制表示为：[R]＝∑[Re]f(d,u,α)，其中，[Re]f(d,u,α)为单一附加形变量的影响矩阵，d为桥墩沉降值、u为梁体错台值和α为梁端转角值，所述单一附加形变量的影响矩阵是根据单一附加形变情况进行自适应计算所得，具体为：
[Re]＝[[R1e] … [Rme] …]T；
式中，Rme(i,1)为矩阵[Rme]的元素；Z＝1为桥墩沉降左侧端情况；Z＝2为桥墩沉降右侧端情况；Z＝3为桥梁竖向错台情况；Z＝4为桥梁竖向转向情况；T1(n1,x)为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其左侧梁体影响系数；T2(n1,x)为第n1跨梁体右侧桥墩沉降时对其右侧梁体影响系数；T3(n1,x)为第n1跨桥梁竖向转向影响系数。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块用于：
提取所述桥梁参数模型包括的第一模型函数与第二模型函数；
根据所述第一模型函数、所述第二模型函数和所述影响矩阵计算所述桥梁结构到轨面的映射矩阵，其中，所述映射矩阵表示为：
[Vr]＝kfy[L]([I]+kfy[L]-kfy[D])-1[R]；
其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度；I为单位矩阵；[L]为钢轨竖向形变的扣件力影响矩阵元素，L(t,k)为矩阵[L]的元素；[D]＝diag[[D1],[D2]…[Dm]…]为扣件力对轨道板的影响矩阵，Dm(i,j)为矩阵[Dm]的元素。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述求解模块用于：
求解所述映射矩阵的矩阵元素，根据所述矩阵元素求解所述桥梁结构任意位置处的钢轨竖向形变值，所述钢轨竖向形变值的解析表达式为：
式中，xt≤xr＜x(t+1),t＝1,2…sum；
根据竖向变量值结合固有参数，最终获得全轨道形态。
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