CN109989299A

CN109989299A - 一种轨枕综合优化设计方法

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Publication number: CN109989299A
Application number: CN201910168614.3A
Authority: CN
Inventors: 寇小军; 瞿东明; 黄守刚; 王远航; 姜晓军; 张俊存; 王永坤; 李军峰; 王建西; 甘二雷; 冯春强
Original assignee: Cccc-Shec Railway Engineering Co Ltd; Shijiazhuang Tiedao University
Current assignee: Shijiazhuang Tiedao University; CCCC Second Railway Construction Co Ltd
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-07-09
Anticipated expiration: 2039-03-06
Also published as: CN109989299B

Abstract

本发明公开了一种轨枕综合优化设计方法，涉及铁路运输领域，包括以下步骤：A：进行综合仿真实验，运用灰色关联法选择最优的轨枕质量与使整体轨道结构动力学响应最低的轨道结构参数；B：以参数优化区间作为变量区间，以步骤A中给出的轨枕设计的约束条件求得轨枕的详细尺寸；C：将步骤B中得到的详细尺寸返回到步骤A中，判断本次输出质量与上次输出质量是否完全相同，若不完全相同，则重复步骤B和步骤C，直到输出完全相同的质量和配套刚度值。本发明以质量作为静载设计优化和动力学优化的纽带，并最终给出以特定轨枕质量下的详细尺寸与在特定轨枕质量下能使动力学响应最优的轨道结构参数，将局部需求和全局最优结合到一起。

Description

一种轨枕综合优化设计方法

技术领域

本发明涉及铁路运输领域，尤其是一种优化的轨枕设计方法。

背景技术

轨枕在轨道中起到承上启下的作用，轨枕具备支撑钢轨、保持轨距和方向以及将钢轨对它施加的各向压力传递到道床上的作用。但是在车辆轴重和货运密度逐步增加的情况下会导致轨枕承载能力不足而发生损坏，具体表现为轴重过大造成枕中负弯矩过大从而使轨枕跨中位置产生纵向裂缝，同时轨道的纵向传递的力过大导致轨枕从螺栓部位产生横向裂缝，这些缩短了轨枕的使用寿命，增加了运营维护成本，并大大降低了轨道运输的安全性。与此同时，轨枕作为轨道的部件，与轨道其他部件的匹配也是极为重要的。目前铁路运输的行车速度和运载重量不断提高，导致车辆和轨道之间的动态作用加强，一方面对轨道的结构破坏加剧，另一方面在结构破坏后的轨道结构对行车产生一种不平顺激励，导致车辆的运行平稳性和安全性降低。合理的轨道刚度匹配会大大降低车辆和轨道之间的动态作用，保持轨道的几何形位，加强车辆的平稳性和安全性。

至此，有许多学者针对轨枕受到损坏的情况下提出了各种轨枕优化设计的思路与方法，这些优化设计思路大致无外乎两种，一种是单从轨枕满足承载力方面进行的优化设计，利用有限元仿真软件去优化设计出满足承载力要求的轨枕。第二种是在已知肯定满足承载力的情况下从轨道的动力学响应出发进行轨枕的优化设计，利用动力学仿真软件去优化设计出令轨道动力学响应综合值最小的轨枕。但是两种方式都没有将动力学优化和静载承载能力计算设计完美结合到一起。

从《车辆-轨道耦合动力学》中，车辆-轨道耦合动力学方程可表示成如下统一形式，而轨枕质量作为车辆-轨道系统中的参振质量之一，具有不可忽视的作用。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种轨枕综合优化设计方法。本发明综合考虑了静载承载能力设计和轨道的动力学响应优化，以质量作为静载设计优化和动力学优化的纽带，并最终给出以特定轨枕质量下的详细尺寸与在特定轨枕质量下能使动力学响应最优的轨道结构参数能使整体轨道结构的动力学响应最优并且承载能力能够满足使用要求，将局部个体需求和全局最优设计结合到一起。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种轨枕综合优化设计方法，包括以下步骤：

步骤A：将轨枕质量和轨道结构参数作为变量进行综合仿真实验；运用正交抽样的方法确定动力学仿真实验方案，设置动力学响应指标参数，设置优化的约束条件，运用灰色关联法进行目标函数的设置进而选择最优的轨枕质量与使整体轨道结构动力学响应最低的轨道结构参数；

步骤B：确定轨枕长度、轨枕底面宽度、轨枕顶面宽度和轨枕高度的优化区间，以上述条件的优化区间作为变量区间，以步骤A中给出的轨枕质量、轨枕轨下和枕中的弯矩要求作为轨枕设计的约束条件，求得最大轨枕承载能力作为目标函数，寻找出此种质量下的最大承载能力的轨枕大致尺寸，再根据轨枕结构的几何连续性、质量约束和有限元计算轨枕局部应力分析从而得到轨枕的详细尺寸；

步骤C：将步骤B设计出特定轨枕质量下的详细尺寸返回到步骤A中，进行整体轨道结构动力学优化，输出优选的轨枕质量和轨道结构参数，判断本次输出质量与上次输出质量是否完全相同，若完全相同，则直接输出质量与配套刚度值；若不完全相同，则将与上次输出的不同质量返回到步骤B中进行轨枕的优化设计，之后进行步骤C的判定，直到输出完全相同的质量和配套刚度值，轨枕优化设计过程结束。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤A包括以下步骤：A1、将轨枕质量、轨道结构参数作为变量，确定变量范围，选取各变量的水平数，通过正交抽样方式生成仿真实验方案；A2、设置动力学响应参数，设置优化的约束条件进行多体动力学仿真；A3、运用灰色关联法进行轨道动力学响应的优化，进而得到最优的质量和配套的轨道结构参数。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B包括以下步骤：B1、确定轨枕长度、轨枕底面宽度、轨枕顶面宽度和轨枕高度这些变量的优化区间；B2、以步骤A中给出的轨枕质量、配筋要求、轨枕轨下和枕中的弯矩要求作为轨枕承载能力设计的约束条件；在保证轨下承载能力的前提下以轨中的承载能力设计值最大作为目标函数，计算得出承载能力最优的轨枕，给出大致轨枕尺寸；B3、结合轨枕结构的几何连续性、质量约束条件和有限元局部应力仿真分析从而得到轨枕的详细尺寸。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B1包括以下步骤：B11、根据轨枕轨下和枕中要承受的截面荷载弯矩比例系数确定轨枕长度的优化区间取值；B12、根据道床顶面压应力限值确定轨枕底面宽度下限值，通过捣固的最小需要宽度确定轨枕底面宽度的上限值，获得轨枕下截面的优化区间；B13、梯形截面在受弯承载时具有很好的承载效果，所以顶面宽度以底面宽度为上限值，以顶面压力限值作为顶面宽度的下限值，获得顶面宽度的优化区间；B14、以混凝土轨枕高跨比来确定轨枕高度的优化区间。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤B2包括以下步骤：B21、以步骤A最优方案中的质量作为轨枕承载能力设计中的质量约束条件；B22、轨枕轨下和枕中的弯矩设计要求和配筋规范要求作为轨枕承载能力设计的约束条件；B23、在满足轨下承载能力的情况下，以枕中承载能力最大作为目标函数进行设计。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C包括以下步骤：C1、将步骤B中设计出的最优轨枕质量下的详细尺寸返回到步骤A中，在此种质量下的轨枕详细尺寸发生改变后继续重复步骤A进行一次整体轨道结构的动力学优化，输出优化后的包括轨枕质量和轨道结构参数的方案；C2、如果此次输出质量与上次输出质量完全相同，则输出此方案；如果此次输出质量与上次输出质量不完全相同，则将这些不同的质量反馈到步骤B中继续进行轨枕设计优化，直至输出的质量完全相同，输出最优方案。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明提供一种轨枕综合优化设计方法，以质量作为静载设计优化和动力学优化的纽带，并最终给出以特定轨枕质量下的详细尺寸与在特定轨枕质量下能使动力学响应最优的轨道结构参数。此方法能够综合考虑轨枕的承载能力和轨道的动力学响应，给出优化后的特定轨枕质量下详细尺寸的和特定质量下与之匹配的轨道部件的刚度值，在给出的轨道结构参数时使用此种轨枕能使整体轨道结构的动力学响应最优并且承载能力能够满足使用要求，将局部个体需求和全局最优设计结合到一起。本发明兼顾个体需求和整体最优，能够适用于其他轨道系统部件的设计，给其他轨道系统部件的设计优化方法提供一种新思路。

附图说明

图1是本发明的轨枕优化设计的总体流程示意图；

图2是本发明轨枕承载能力设计以质量为约束的质量估算示意图；

图3是图2中A-A处横截面示意图；

图4是图2中B-B处横截面示意图；

图5是枕下载荷计算反力图；

图6是枕中载荷计算反力图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种轨枕综合优化设计方法，包括以下步骤：

A、将轨枕质量和轨道结构参数作为变量进行综合仿真实验，运用正交抽样的方法确定动力学仿真实验方案，设置动力学响应指标参数，设置优化的约束条件，运用灰色关联法进行目标函数的设置进而选择最优轨枕质量与使整体轨道结构动力学响应最低的轨道结构参数。

步骤A主要包括以下子步骤：

A1、由轨枕尺寸得到轨枕质量，将轨枕质量、轨道结构参数作为变量，通过查找文献确定变量范围，适当选取各因素的水平数，通过正交抽样方式生成仿真实验方案。

具体地，变量包括：1、轨枕的质量，2、轨枕间距，3、扣压件刚度，4、轨下垫板刚度，5、道床刚度，6、路基刚度。查找国内外的文献，确定变量的上下限值，将每个变量因素分为4～6个水平，根据正交实验表制定实验方案。轨枕尺寸具体包括轨枕的长度，轨枕的底面宽度，轨下的顶面宽度，枕中的顶面宽度，轨下的高度，枕中的高度等一些详细尺寸。在此，轨枕尺寸不作为单独的因素列出，而是作为轨枕质量的附属条件列出。特别的，在离散化轨枕质量时相对应质量下的详细尺寸无法确定，选取相近质量轨枕的尺寸作为该质量下的轨枕尺寸，之后求得轨枕质量。特别的，每个因素的水平数可根据实际情况进行适当调整。

A2、设置动力学响应参数，设置优化的约束条件进行多体动力学仿真。

具体地，设置的动力学响应参数为：动压力、动位移和加速度。动压力包括轮轨垂向力N₁、枕上压力N₂、枕下压力N₃、路基顶面压力N₄，动位移包括钢轨垂向位移r₁、轨枕垂向位移r₂、道床垂向位移r₃，加速度包括钢轨加速度a₁、轨枕加速度a₂、道床加速度a₃。根据上述子步骤A1制定的正交实验方案进行动力学仿真实验。

具体地，约束条件根据我国国家标准《铁道车辆动力学性能评定和实验鉴定规范》(GB 5599-85)分别设置脱轨系数、轮重减载率和倾覆系数来保证列车运行的安全性。

A3、运用灰色关联法进行轨道动力学响应的优化，进而得到最优轨枕质量和与之匹配的轨道结构参数。

具体地，动力学指标为

V＝{N₁，N₂，N₃，N₄，r₁，r₂，r₃，a₁，a₂，a₃}

由正交抽样的实验方案为：

P＝{P₁，P₂，P₃，P₄…P_i}

式中，i＝1，2，3……n。

进一步地，方案Pi对动力学指标V的属性标记为Vi

V_i＝{N_i1，N_i2，N_i3，N_i4，r_i1，r_i2，r_i3，a_i1，a_i2，a_i3}

进一步地，诸多方案中动力学指标形成决策矩阵

进一步地，决策矩阵的无量纲化处理

式中，

进一步地，确定理想方案：

V₀＝{x₀₁，x₀₂，x₀₃，x₀₄，…x₀₁₀}

式中，V₀为理想动力学指标，在理想动力学指标方案中，所有的参数都是越小越好，所以所有指标值都取的最小值即：

{x₀₁，x₀₂，x₀₃，x₀₄，…x₀₁₀}＝min{x_i1，x_i2，x_i3，x_i4，…x_i10}

进一步地，计算各个方案Pi的动力学指标V_i和理想动力学指标V₀之间的灰关联系数：

式中，Δi(j)＝|x_0j-x_ij|，λ为分辨系数(0＜λ＜1)，通常取0.5，灰关联系数组成新的矩阵。

进一步地，新的矩阵为：

进一步地，计算每一种方案的关联度，灰关联度公式见下式：

式中，角标i表示方案个数，i＝(0，1，2，……n)

进一步地，目标函数为：

通过比较每一个方案的γ_i并进行排序，得到灰关联度最大的数据，并输出最优轨枕质量和轨道结构参数。

步骤B、确定轨枕长度、轨枕底面宽度、轨枕顶面宽度和轨枕高度的优化区间，以这些条件的优化区间作为变量区间，以步骤A中给出的轨枕质量、轨枕轨下和枕中的弯矩要求作为轨枕设计的约束条件，以求得最大轨枕承载能力作为目标函数，寻找出此种质量下的最大承载能力的轨枕大致尺寸，再根据轨枕结构的几何连续性、质量约束和有限元计算轨枕局部应力分析从而得到轨枕的详细尺寸。

B1、确定轨枕长度、轨枕底面宽度、轨枕顶面宽度和轨枕高度这些变量的优化区间。

进一步地，步骤B1又分为以下子步骤：

B11、根据轨枕轨下和枕中要承受的截面荷载弯矩比例系数确定轨枕长度的优化区间取值。

具体地，截面荷载弯矩比例系数计算公式为：

式中，φ为截面荷载弯矩比例系数，M_g为轨下截面弯矩；M_z为枕中截面弯矩。

不同轨枕长度下的比例系数见下表1：

表1不同轨枕长度下比例系数φ

轨枕长度(m)	2.2	2.25	2.3	2.35	2.4	2.45	2.5	2.55	2.6	2.65	2.7	2.75	2.8
														比例系数	0.8	0.7	0.5	0.4	0.2	0.1	0.1	0.2	0.4	0.6	0.8	1	1.2

一般的，轨下截面的荷载弯矩随着轨枕长度的增加而不断增大，枕中截面的荷载负弯矩随轨枕长度的增大而减小，但二者的差值不能相差过大，否则容易造成轨枕的开裂，所以说弯矩的比例系数越小越好，但是轨枕长度太小就会对枕中截面负弯矩承载能力要求太高，本实施例主要为了尽可能增大枕中截面负弯矩的安全储备量，所以将轨枕的长度的下限设置为l_min＝2.5m，长度的上限设置为l_max＝2.6m。

B12、根据道床顶面压应力限值确定轨枕底面宽度下限值，通过捣固的最小需要宽度确定轨枕底面宽度的上限值，获得轨枕下截面的优化区间

具体地，根据下列方式确定轨枕底面宽度限值：

(1)根据道床顶面压力限值确定轨枕底面宽度下限值

道床顶面上的最大压应力：

式中，maxσ_b为道床顶面上的最大压应力(MPa)，m为道床应力分布不均匀系数；R_d为钢轨动压力(N)；e为道床支撑长度(mm)；L为轨枕长度；e’为轨枕的有效支撑长度(mm)。

(2)根据捣固需要的最小空间确定轨枕底面宽度上限值

a_max≤S-S₀

式中，a_max为轨枕底面宽度上限值，S为轨枕间距；S₀为捣固需要的最小间距

B13、梯形截面在受弯承载时具有很好的承载效果，所以顶面宽度以底面宽度为上限值，以顶面压力限值作为顶面宽度的下限值，获得顶面宽度的优化区间。

具体地，根据下列条件确定轨枕顶面宽度

(1)根据梯形截面是最有利的受弯荷载截面原则确定轨枕顶面宽度的上限

d₁＜c₁,d₂＜c₂

式中，c₁为轨下底面宽度；d₁为轨下顶面宽度；；c₂为枕中底面宽度；d₂为枕中顶面宽度。

(2)根据混凝土的抗压强度来限制轨枕顶面宽度的下限。

B14、以混凝土轨枕高跨比来确定轨枕高度的优化区间。

具体地，混凝土轨枕应符合混凝土梁的高跨比，轨枕高度H应在1/10轨枕长度与1/18轨枕长度之间。

B2、以步骤A中给出的轨枕质量、配筋要求、轨枕轨下和枕中的弯矩要求作为轨枕承载能力设计的约束条件。在保证轨下承载能力的前提下以轨中的承载能力设计值最大作为目标函数，计算得出承载能力最优的轨枕，给出大致轨枕尺寸。

进一步地，步骤B2有如下子步骤：

B21、以步骤A最优方案中的质量作为轨枕承载能力设计中的质量约束条件。

具体地，根据图2，以质量作为约束条件约束轨枕，将轨枕分为三部分质量，具体的关系式为：

M＝ρ·(2V₁+V₂)

式中，M为轨枕质量，V₁为轨枕端部到最近的枕中变截面处的体积；V₂为枕中部分的体积；ρ为混凝土密度。

式中，h₁为轨下截面高度；c₁为轨下底面宽度；d₁为轨下顶面宽度；h₂为枕中截面高度；c₂为枕中底面宽度；d₂为枕中顶面宽度。

B22、轨枕轨下和枕中的弯矩设计要求和配筋规范要求作为轨枕承载能力设计的约束条件。

具体地，如图5和图6所示，应力约束条件和配筋要求为：

(1)轨下截面承载能力为：

(2)枕中截面承载能力：

式中，σ_gpc为轨下截面下边缘由预应力产生的混凝土法向应力，σ_zpc为枕中截面上边缘由预应力产生的混凝土法向应力，f_t为混凝土抗压强度设计值，I₁为轨下截面极惯性矩，I₂为枕中截面极惯性矩，h₂为枕中截面高度，y₁为轨下截面换算截面重心高度，y₂为枕中截面换算截面重心高度。

但是此公式并不能直接得到轨枕尺寸与承载能力的关系，因此将最原始的轨枕尺寸代入上式，经过一系列的化简与运算得到基本尺寸与承载能力的精简关系式。此精简关系式极大的缩减了轨枕设计的运算过程，并且将轨枕的外形尺寸和轨枕的承载能力直接联系在一起，从而建立了轨枕外形和轨枕承载能力的直接关系。

(1)化简后的轨下截面承载能力为：

(2)化简后的枕中截面承载能力为：

式中，N为张拉力大小，x％为预应力损失，y_s为预应力筋合力点重心高度，α_E为钢筋混凝土弹性模量比，A_s为配筋面积。

依据《铁路轨道极限状态法设计暂行规范》，轨下和枕中截面应力约束条件为：

1、受压区混凝土边缘的法向永存预压应力不应大于12Mpa。

2、钢筋张拉应力应不大于0.75f_ptk，不小于0.4f_ptk。

3、枕中截面下边缘压应力不大于0.7f_t。

4、配筋率满足最小配筋率要求。

B23、在满足轨下承载能力的情况下，以枕中承载能力最大作为目标函数进行设计。

具体地，目标函数为：

运用Matlab中的fmincon函数工具进行求解，输入优化区间、约束条件和目标函数值，从而得到枕中承载能力最大的轨枕大致尺寸类型。

B3、结合轨枕结构的几何连续性、质量约束条件和有限元局部应力仿真分析从而得到轨枕的详细尺寸

具体地，几何连续性要求连接枕下和轨中尺寸时连接面要光滑，不可存在突变的布置，突变会存在应力集中，导致应力增大。利用有限元仿真进行轨枕局部尺寸优化，考虑轨枕的枕腰渐变率对轨枕承载能力的影响，通过有限元仿真的计算并结合质量约束进行局部尺寸的优化，选择合适的枕腰渐变率，计算轨枕的精确质量，如满足质量约束条件则轨枕的设计完成；若质量相差过大，则微调枕腰变化率及其他截面尺寸，不能改变关键截面，包括枕中和轨下截面的承载能力，直到满足轨枕质量要求，轨枕承载能力设计结束，输出详细尺寸。

步骤C、将步骤B设计出特定轨枕质量下的详细尺寸返回到步骤A中，进行整体轨道结构动力学优化，输出优选的轨枕质量和轨道结构参数，判断本次输出质量与上次输出质量是否完全相同。若完全相同，则直接输出质量与配套刚度值；若不完全相同，则将与上次输出的不同质量返回到步骤B中进行轨枕的优化设计，之后进行步骤C的判定，直到输出完全相同的质量和配套刚度值，轨枕优化设计过程结束。

C1、将B2中设计出的轨枕质量下的详细尺寸返回到步骤A中，在此种质量下的轨枕详细尺寸发生了改变，继续重复步骤A进行再一次优化，然后输出优化后的方案。

具体地，将B2中设计出的轨枕质量M_i下的新的详细尺寸G_i+1反馈到步骤A中重新进行动力学仿真实验。

C2、如果此次输出质量与上次输出质量有不相同的，则将这些不同的质量反馈到步骤B中进行轨枕设计优化。如果输出质量与上次输出质量全部相同说明此种质量下、此种详细尺寸下的轨枕在此种配套的刚度匹配下的动力学响应和承载能力都是最优的，整个轨枕优化设计过程结束，输出轨枕质量、轨枕详细尺寸和配套的轨道结构参数

具体地，如果输出的质量与上次输出的质量对比全部相同，在此，全部相同的意思是输出的质量个数可以小于等于上次输出的轨枕质量，但数值必须相同。则说明整个轨枕优化设计过程结束，输出轨枕质量，轨枕详细尺寸和配套的轨道结构尺寸。

具体的，如果输出的质量与上次输出的质量对比不完全相同，在此，不完全相同的意思是输出的质量个数不同或者质量的数值不同即为质量不完全相同。将与上次输出不同的轨枕质量反馈到步骤B中进行轨枕详细尺寸进行设计，执行步骤C进行判断，直至输出的轨枕质量完全相同。

综上，本实施例的一种轨枕综合优化设计方法中：以轨枕质量、轨枕的详细尺寸、轨道结构参数作为变量，运用正交抽样的方式确定实验方案，运用灰色关联法进行方案的选优得到能使整体轨道结构动力学响应达到最优的轨枕质量和配套的轨道结构参数。再将轨枕质量作为约束条件之一附加到轨枕承载能力设计中，设计出在最优轨枕质量下新的详细轨枕尺寸，将最优质量下的新尺寸反馈到步骤A中进行动力学仿真验证，如果输出的最优质量与上次对比完全相同，则说明此种质量下、此种尺寸下能使轨道结构的动力学响应值达到最优，输出轨枕质量、轨枕的详细尺寸和轨道结构参数；如果输出的质量与上次输出质量不完全相同，则将不同的质量继续进行轨枕承载能力设计，直到两次输出的轨枕质量完全相同。输出最优方案。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是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、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种轨枕综合优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤C：将步骤B设计出特定轨枕质量下的详细尺寸返回到步骤A中，进行整体轨道结构动力学优化，输出优选的轨枕质量和轨道结构参数，判断本次输出质量与上次输出质量是否完全相同，若完全相同，则直接输出质量与配套刚度值；若不完全相同，则将与上次输出的不同质量返回到步骤B中进行轨枕的优化设计，之后进行步骤C的判定，直到输出完全相同的质量和配套刚度值。

2.根据权利要求1所述的一种轨枕综合优化设计方法，其特征在于：步骤A包括以下步骤：A1、将轨枕质量、轨道结构参数作为变量，确定变量范围，选取各变量的水平数，通过正交抽样方式生成仿真实验方案；A2、设置动力学响应参数，设置优化的约束条件进行多体动力学仿真；A3、运用灰色关联法进行轨道动力学响应的优化，进而得到最优的质量和配套的轨道结构参数。

3.根据权利要求1所述的一种轨枕综合优化设计方法，其特征在于：步骤B包括以下步骤：B1、确定轨枕长度、轨枕底面宽度、轨枕顶面宽度和轨枕高度这些变量的优化区间；B2、以步骤A中给出的轨枕质量、配筋要求、轨枕轨下和枕中的弯矩要求作为轨枕承载能力设计的约束条件；在保证轨下承载能力的前提下以轨中的承载能力设计值最大作为目标函数，计算得出承载能力最优的轨枕，给出大致轨枕尺寸；B3、结合轨枕结构的几何连续性、质量约束条件和有限元局部应力仿真分析从而得到轨枕的详细尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种轨枕综合优化设计方法，其特征在于：步骤B1包括以下步骤：B11、根据轨枕轨下和枕中要承受的截面荷载弯矩比例系数确定轨枕长度的优化区间取值；B12、根据道床顶面压应力限值确定轨枕底面宽度下限值，通过捣固的最小需要宽度确定轨枕底面宽度的上限值，获得轨枕下截面的优化区间；B13、梯形截面在受弯承载时具有很好的承载效果，所以顶面宽度以底面宽度为上限值，以顶面压力限值作为顶面宽度的下限值，获得顶面宽度的优化区间；B14、以混凝土轨枕高跨比来确定轨枕高度的优化区间。

5.根据权利要求1所述的一种轨枕综合优化设计方法，其特征在于：步骤B2包括以下步骤：B21、以步骤A最优方案中的质量作为轨枕承载能力设计中的质量约束条件；B22、轨枕轨下和枕中的弯矩设计要求和配筋规范要求作为轨枕承载能力设计的约束条件；B23、在满足轨下承载能力的情况下，以枕中承载能力最大作为目标函数进行设计。

6.根据权利要求1所述的一种轨枕综合优化设计方法，其特征在于：步骤C包括以下步骤：C1、将步骤B中设计出的最优轨枕质量下的详细尺寸返回到步骤A中，在此种质量下的轨枕详细尺寸发生改变后继续重复步骤A进行一次整体轨道结构的动力学优化，输出优化后的包括轨枕质量和轨道结构参数的方案；C2、如果此次输出质量与上次输出质量完全相同，则输出此方案；如果此次输出质量与上次输出质量不完全相同，则将这些不同的质量反馈到步骤B中继续进行轨枕设计优化，直至输出的质量完全相同，输出最优方案。