CN110795779A - 轨面映射模型的建立方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轨面映射模型的建立方法及装置，涉及高速铁路桥梁工程技术领域。该方法包括：获取待建立桥梁的结构图和层间联结失效参数，基于结构图建立简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系；基于整体直角坐标系，建立待测桥梁的绝对位移矩阵；根据层间联结失效参数，建立待建立桥梁的层间作用力矩阵；结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、绝对位移矩阵和层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型。本发明的轨面映射模型的建立方法及装置能够在桥梁发生附加变形后快速准确地确定轨面几何形态，以作为列车运营安全性的评价指标，对高速铁路的运营具有重要意义。

Description

轨面映射模型的建立方法及装置

技术领域

本发明涉及高速铁路桥梁工程领域，尤其是涉及一种轨面映射模型的建立方法及装置。

背景技术

现如今，对于高速铁路的轨道的轨面几何形态的测量主要是通过轨检车检测系统来确定，整套测量流程耗时耗力，难以快速地确定轨道的轨面几何形态，使得大量的测量时间严重影响高速铁路的高效运营。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轨面映射模型的建立方法及装置，以改善难以快速地确定轨道的轨面几何形态的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种轨面映射模型的建立方法，所述方法包括：

获取待建立桥梁的结构图和层间联结失效参数，基于所述结构图建立简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系，其中，所述整体直角坐标系包括桥梁简支梁、底座板、道岔床、钢轨的整体直角坐标系；

基于所述整体直角坐标系，建立待测桥梁的绝对位移矩阵，其中，所述绝对位移矩阵包括：底座板绝对位移矩阵、道岔床绝对位移矩阵和钢轨绝对位移矩阵；

根据所述层间联结失效参数，建立所述待建立桥梁的层间作用力矩阵，其中，所述层间作用力矩阵包括：接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵和扣件弹簧力矩阵；

结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型。

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，根据所述层间联结失效参数，建立所述待建立桥梁的层间作用力矩阵的步骤包括：

根据所述层间联结失效参数确定层间作用力刚度矩阵，其中，所述层间作用力刚度矩阵包括：接触弹簧力刚度、砂浆弹簧力刚度和扣件弹簧力刚度；

利用所述层间作用力刚度矩阵和所述绝对位移矩阵计算所述层间作用力矩阵。

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，利用所述层间作用力刚度矩阵和所述绝对位移矩阵计算所述层间作用力矩阵的步骤包括：

根据所述简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵，生成待建立桥梁的轨面映射通用模型矩阵；

利用所述轨面映射通用模型矩阵求解所述绝对位移矩阵；

计算求解出的所述底座板绝对位移矩阵与所述简支梁绝对位移矩阵的差值，获取底座-简支梁差值矩阵，并将所述底座-简支梁差值矩阵与所述接触弹簧力刚度相乘，以得到所述接触弹簧力矩阵；

计算求解出的所述底座板绝对位移矩阵与求解出的所述道岔床绝对位移矩阵的差值，获取底座-道岔床差值矩阵，并将所述底座-道岔床差值矩阵与所述砂浆弹簧力刚度相乘，以得到所述砂浆弹簧力矩阵；

计算求解出的所述钢轨绝对位移矩阵与求解出的所述道岔床绝对位移矩阵的差值，获取钢轨-道岔床差值矩阵，并将所述钢轨-道岔床差值矩阵与所述扣件弹簧力刚度相乘，以得到所述扣件弹簧力矩阵。

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，所述底座板绝对位移矩阵表示为：V_p＝A₁P_ca+A₂P_c+BG_r+B₁G_s+B₂G_p；所述道岔床绝对位移矩阵表示为：V_s＝CP_f+C₁P_ca+C₂P_c+DG_r+D₁G_s+D₂G_p；所述钢轨绝对位移矩阵表示为：V_r＝HP_f+H₁P_ca+H₂P_c+IG_r+I₁G_s+I₂G_p；所述简支梁绝对位移矩阵为：V_b＝Ld₁+Zd₂；所述扣件弹簧力矩阵为：P_f＝K_fV_r-K_fV_s；所述接触弹簧力矩阵为：P_c＝K_c(V_p-V_b)；所述砂浆弹簧力矩阵为：P_ca＝K_ca(V_s-Vp-h)；

所述根据所述简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵，生成待建立桥梁的轨面映射通用模型矩阵的步骤包括：

联立所述底座板绝对位移矩阵，以及所述道岔床绝对位移矩阵、所述钢轨绝对位移矩阵、所述简支梁绝对位移矩阵、所述扣件弹簧力矩阵、所述接触弹簧力矩阵和所述砂浆弹簧力矩阵生成所述轨面映射通用模型矩阵；

所述轨面映射通用模型矩阵表示为：

其中，E为单位矩阵；h为初始离缝厚度；V_p、V_s、V_r、V_b分别为所述底座板绝对位移矩阵、所述道岔床绝对位移矩阵、所述钢轨绝对位移矩阵、所述桥梁简支梁附加变形矩阵；A₁、A₂为分别砂浆弹簧力、接触弹簧力对底座板竖向变形的影响矩阵；B、B₁、B₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对底座板竖向变形的影响矩阵；G_p、G_s、G_r分别为底座板重力矩阵、道岔床重力矩阵、钢轨重力矩阵；C、C₁、C₂分别为扣件弹簧力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对道岔床竖向变形的影响矩阵；P_f、P_c、P_ca分别为扣件弹簧力矩阵、接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵；K_f、K_c、K_ca分别为扣件弹簧力刚度、接触弹簧力刚度、砂浆弹簧力刚度；D、D₁、D₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对道岔床竖向变形的影响矩阵；H、H₁、H₂分别为扣件弹簧力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对钢轨竖向变形的影响矩阵；I、I₁、I₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对钢轨竖向变形的影响矩阵；L和Z分别为左侧和右侧支座位移对桥梁位移的影响矩阵，且为m阶斜对角矩阵；d₁和d₂分别为接触弹簧所在桥梁的左侧和右侧支座处桥梁简支梁位移矩阵，且为n维数组。

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，其中，所述方法还包括：

计算所述待建立桥梁的第t个扣件处的底座板的变形值，根据所述底座板的变形值建立所述底座板绝对位移矩阵；

其中，所述第t个扣件处的底座板的变形值的计算公式为：

其中，j为求和公式中的计数变量且j＝1,2,…n；t为扣件个数编号，且t＝1,2,…n；

为单位长度的底座板的质量；

为单位长度的道岔床的质量；为单位长度的道岔床的质量；g为重力加速度；l_p、l_s、l_r分别为所述底座板、所述道岔床、所述钢轨的总长度；l_pt为第t个扣件处的所述底座板的长度；l_pj为第j个接触弹簧距离起点的长度；E_p表示底座板的弹性模量；I_p表示底座板的截面惯性矩；P_c为接触弹簧力矩阵；k_c为接触弹簧力刚度；P_ca为砂浆弹簧力矩阵；P_{c_j}表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；P_{ca_j}表示的是第j个砂浆弹簧的砂浆弹簧力矩阵。

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五种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

计算所述待建立桥梁的第t个扣件处的道岔床的变形值，根据所述道岔床的变形值建立所述道岔床绝对位移矩阵；

其中，所述第t个扣件处的道岔床的变形值的计算公式为：

其中，j为求和公式中的计数变量且j＝1,2,…n；t为扣件个数编号，且t＝1,2,…n；

为单位长度的底座板的质量；

为单位长度的道岔床的质量；

为单位长度的道岔床的质量；g为重力加速度；l_p、l_s分别为所述底座板、所述道岔床的总长度；l_st为第t个扣件处的所述道岔床的长度；l_pj为第j个接触弹簧距离起点的长度；l_sj为第j个砂浆弹簧距离起点的长度；E_s表示道岔床的弹性模量；I_s表示道岔床的截面惯性矩阵；P_c为接触弹簧力矩阵；k_c为接触弹簧力刚度；P_ca为砂浆弹簧力矩阵；k_ca为砂浆弹簧力刚度；P_f为扣件弹簧力矩阵；P_{c_j}表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；P_{ca_j}表示的是第j个砂浆弹簧的砂浆弹簧力矩阵；P_{f_j}表示的是第j个扣件弹簧的扣件弹簧力矩阵。

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六种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

计算所述待建立桥梁的第t个扣件处的钢轨的变形值，根据所述钢轨的变形值建立所述钢轨绝对位移矩阵；

其中，所述第t个扣件处的钢轨的变形值的计算公式为：

其中，j为求和公式中的计数变量且j＝1,2,…n；t为扣件个数编号，且t＝1,2,…n；

为单位长度的底座板的质量；为

单位长度的道岔床的质量；

为单位长度的道岔床的质量；g为重力加速度；l_p、l_s、l_r分别为所述底座板、所述道岔床、所述钢轨的总长度；l_rt为第t个扣件处的所述钢轨的长度；l_pj为第j个接触弹簧距离起点的长度；l_sj为第j个砂浆弹簧距离起点的长度；l_rj为第j个扣件弹簧距离起点的长度；E_r为所述钢轨的弹性模量；I_r表示钢轨的截面惯性矩；P_c为接触弹簧力矩阵；K_c为接触弹簧力刚度；P_ca为砂浆弹簧力矩阵；K_ca为砂浆弹簧力刚度；P_f为扣件弹簧力矩阵；K_f为扣件弹簧力刚度；P_{c_j}表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；P_{ca_j}表示的是第j个砂浆弹簧的砂浆弹簧力矩阵；P_{f_j}表示的是第j个扣件弹簧的扣件弹簧力矩阵。

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七种可能的实施方式，其中，所述结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型的步骤包括：

将所述简支梁绝对位移矩阵、求解出的所述绝对位移矩阵和得到的所述层间作用力矩阵代入所述轨面映射通用模型矩阵中，以生成所述轨面映射模型。

第二方面，本发明实施例还提供一种轨面映射模型的建立装置，包括：

直角坐标系建立模块，用于获取待建立桥梁的结构图和层间联结失效参数，基于所述结构图建立简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系，其中，所述整体直角坐标系包括桥梁简支梁、底座板、道岔床、钢轨的整体直角坐标系；

待测桥梁绝对位移矩阵建立模块，用于基于所述整体直角坐标系，建立待测桥梁的绝对位移矩阵，其中，所述绝对位移矩阵包括：底座板绝对位移矩阵、道岔床绝对位移矩阵和钢轨绝对位移矩阵；

待建立桥梁层间作用力矩阵建立模块，用于根据所述层间联结失效参数，建立所述待建立桥梁的层间作用力矩阵，其中，所述层间作用力矩阵包括：接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵和扣件弹簧力矩阵；

轨面映射模型生成模块，用于结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型。

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，所述待建立桥梁层间作用力矩阵建立模块用于：

根据所述层间联结失效参数确定层间作用力刚度矩阵，其中，所述层间作用力刚度矩阵包括：接触弹簧力刚度、砂浆弹簧力刚度和扣件弹簧力刚度；

利用所述层间作用力刚度矩阵和所述绝对位移矩阵计算所述层间作用力矩阵。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供的一种轨面映射模型的建立方法及装置，能够获取待建立桥梁的结构图和层间联结失效参数，基于结构图建立简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系；基于整体直角坐标系，建立待测桥梁的绝对位移矩阵；根据层间联结失效参数，建立待建立桥梁的层间作用力矩阵；结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、绝对位移矩阵和层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型。本发明实施例提供的一种轨面映射模型的建立方法及装置有助于在桥梁发生附加变形后快速准确地确定轨面几何形态，以作为列车运营安全性的评价指标，对高速铁路的运营具有重要意义。

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轨面映射模型的建立方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种桥梁简支梁竖向变形示意图；

图4为本发明实施例提供的一种桥梁简支梁随桥墩沉降的变形示意图；

图5为本发明实施例提供的一种底座板竖向变形示意图；

图6为本发明实施例提供的一种底座板微分段受力分析图；

图7为本发明实施例提供的一种道岔床竖向变形示意图；

图8为本发明实施例提供的一种道岔床微分段受力分析图；

图9为本发明实施例提供的一种钢轨竖向变形示意图；

图10为本发明实施例提供的一种层间离缝情况下轨道变形示意图；

图11为本发明实施例提供的一种轨道变形细节示意图；

图12为本发明实施例提供的一种轨面映射模型的建立装置的结构框图。

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。

现如今，我国高速铁路发展突飞猛进，运营里程也在不断增长。对于处在地理环境相对复杂、特殊地质条件、地震活跃带影响更为突出的我国西部山区的高速铁路桥梁容易将产生附加变形。当桥梁产生附加变形时，上部轨道结构在层间作用下会发生轨道几何状态的改变从而影响桥上行车的安全性。因此，需要对高速铁路的轨道的轨面几何形态进行测量。目前对于高速铁路的轨道的轨面几何形态的测量主要是通过通过轨检车检测系统来确定，尽管目前的测量手段能够精确的确定无砟轨道轨面几何形态，但是整套测量流程耗时耗力，需要投入大量的人力和物力难以快速地确定轨道的轨面几何形态，使得大量的测量时间严重影响高速铁路的高效运营。基于此，本发明实施例提供一种轨面映射模型的建立方法及装置，以缓解上述问题。

为了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轨面映射模型的建立方法进行详细介绍。

在一种可能的实施方式中，本发明提供了一种轨面映射模型的建立方法。如图1所示为本发明实施例提供的一种轨面映射模型的建立方法的流程图，该轨面映射模型的建立方法包括以下步骤：

步骤S102：获取待建立桥梁的结构图和层间联结失效参数，基于所述结构图建立简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系，其中，所述整体直角坐标系包括桥梁简支梁、底座板、道岔床、钢轨的整体直角坐标系。

在实际情况下，当在地震、列车循环荷载及大风等不利条件的作用下，待建立的桥梁将产生诸如桥墩沉降等一系列的附加变形，当桥梁产生附加变形向上逐层映射时，由连接构件破坏等引起的结构不连续、刚度不均匀的初始损伤必然将引起其上部的轨道结构的附加变形，从而使得发生层间联结失效现象，诸如，层间结构开裂、道岔床与砂浆层出现离缝甚至板底脱空，砂浆充填层碎裂、道岔床、底座或支承层裂纹等，这些层间联结失效现象将使得砂浆层、道岔床、底座或支承层之间的作用力发生变化，最终导致待建立的桥梁上部的轨道变形。

具体地，在本发明实施例中，根据现场实测得到层间联结失效参数，诸如为道岔床底砂浆层脱空纵向长度(仅限于横向贯通，竖向完全脱空)、层间离缝纵向长度和初始离缝厚度(仅限于横向贯通的离缝)、扣件弹条断裂个数。

其中，待建立桥梁的结构图能够预先获取，在获取待建立桥梁的结构图之后，根据其建立待建立桥梁的简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系。

具体地，在建立上述直角坐标系的过程中，将整体坐标系的竖向坐标轴原点定于各结构变形前的重力平衡位置处，坐标轴均以向右向下为正，满足右手螺旋法则。其中，图2示出了本发明实施例提供的简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系的结构示意图，如图2所示，桥梁简支梁、底座板、道岔床、钢轨从下到上依次设置，并且各自在整体直角坐标系下的坐标分别为(X_b,Y_b,Z_b)、(X_p,Y_p,Z_p)、(X_s,Y_s,Z_s)、(X_r,Y_r,Z_r)，并且在道岔床和钢轨之间设置有扣件。

步骤S104：基于所述整体直角坐标系，建立待测桥梁的绝对位移矩阵，其中，所述绝对位移矩阵包括：底座板绝对位移矩阵、道岔床绝对位移矩阵和钢轨绝对位移矩阵。

步骤S106：根据所述层间联结失效参数，建立所述待建立桥梁的层间作用力矩阵，其中，所述层间作用力矩阵包括：接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵和扣件弹簧力矩阵。

步骤S108：结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供的一种轨面映射模型的建立方法，能够获取待建立桥梁的结构图和层间联结失效参数，基于结构图建立简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系；基于整体直角坐标系，建立待测桥梁的绝对位移矩阵；根据层间联结失效参数，建立待建立桥梁的层间作用力矩阵；结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、绝对位移矩阵和层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型。本发明实施例提供的一种轨面映射模型的建立方法有助于在桥梁发生附加变形后快速准确地确定轨面几何形态，以作为列车运营安全性的评价指标，对高速铁路的运营具有重要意义。

具体地，待建立桥梁的层间作用力矩阵的构建过程可由步骤S1至步骤S2实现：

步骤S1：根据所述层间联结失效参数确定层间作用力刚度矩阵，其中，所述层间作用力刚度矩阵包括：接触弹簧力刚度、砂浆弹簧力刚度和扣件弹簧力刚度。

具体地，在待建立的桥梁简支梁产生附加变形之后，由于底座板与桥梁简支梁之间的相对位移，导致桥梁简支梁与底座板之间产生接触弹簧力，其中，当底座板与桥梁简支梁分离时，此时的层间联结失效参数为0，根据层间联结失效参数得到的接触弹簧力刚度也为0；当底座板与桥梁简支梁接触时，此时的层间联结失效参数能够测量，根据层间联结失效参数能够得到此时的接触弹簧力刚度k_c，因此，根据层间联结失效参数得到的第t个扣件位置处的接触弹簧力刚度可写为：

其中，k_c表示接触弹簧力刚度，Y_pt表示第t个扣件处的底座板竖向位移；Y_bt表示第t个扣件处的桥梁简支梁竖向位移。

进一步地，在底座板产生竖向位移之后，由于底座板与道岔床之间产生相对位移，导致底座板与道岔床之间产生砂浆弹簧力，其中，当底座板与道岔床脱空或者在层间离缝范围内时，此时的层间联结失效参数为0，根据层间联结失效参数得到的砂浆弹簧力刚度也为0；当不在层间离缝范围内即道岔床与砂浆层接触或者层间连接正常时，此时的层间联结失效参数能够测量，根据层间联结失效参数能够得到此时的砂浆弹簧力刚度k_ca，因此，根据层间联结失效参数得到的第t个扣件位置处的砂浆弹簧力刚度可写为：其中k_ca表示砂浆弹簧力刚度，Y_pt表示第t个扣件处的底座板竖向位移；Y_st表示第t个扣件处的道岔床竖向位移；h表示道岔床与砂浆层的初始距离。

进一步地，在道岔床产生竖向位移之后，由于道岔床与钢轨之间产生相对位移，导致道岔床与钢轨之间产生扣件弹簧力，其中，当扣件弹条断裂时，此时的层间联结失效参数为0，根据层间联结失效参数得到的扣件弹簧力刚度也为0；当扣件弹条无断裂时，此时的层间联结失效参数能够测量，根据层间联结失效参数能够得到此时的扣件弹簧力刚度k_f，因此，根据层间联结失效参数得到的第t个扣件位置处的扣件弹簧力刚度可写为：

其中，k_f表示扣件弹簧力刚度。

步骤S2：利用所述层间作用力刚度矩阵和所述绝对位移矩阵计算所述层间作用力矩阵。

具体地，步骤S2的计算过程可由步骤K1至步骤K3实现：

步骤K1：根据所述简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵，生成待建立桥梁的轨面映射通用模型矩阵。

步骤K1通过以下过程来实现：

(1)利用直角坐标系，建立所述简支梁绝对位移矩阵，其中，图3示出了本发明实施例提供的一种桥梁简支梁竖向变形示意图。其中，建立所述简支梁绝对位移矩阵的具体过程为：假设桥梁第m跨左侧支座处简支梁竖向位移为d_m1，右侧支座处简支梁竖向位移为d_m2，则桥梁第m跨扣件处对应位置的简支梁竖向位移为：

其中，(m-1)l_b≤X_mb≤ml_b，X_mb表示第m跨扣件处对应位置的简支梁竖向位移，l_b1表示梁端与支座中心线间的距离，l_b表示标准跨径，l_b0表示伸缩缝的长度；则根据每个扣件处对应位置的简支梁竖向位移建立的桥梁简支梁位移矩阵为：V_b＝Ld₁+Zd₂；其中，d₂和d₁分别表示为接触弹簧所在桥梁的右侧和左侧支座处桥梁简支梁位移矩阵，Z和L分别表示为右侧和左侧支座位移对桥梁位移的影响矩阵。

为了对桥梁简支梁竖向变形进行详细说明，由于桥梁简支梁竖向变形通常是由于桥墩沉降造成的，因此，图4示出了本发明实施例提供的一种桥梁简支梁随桥墩沉降的变形示意图。如图4所示，本发明实施例选取其中的第m跨简支梁和第m+1跨简支梁为例进行说明的，当第m跨简支梁右侧桥墩产生沉降d时，即第m+1跨简支梁左侧桥墩产生沉降d，则第m跨简支梁左侧支座处简支梁竖向位移为d_m1＝0，右侧支座处简支梁竖向位移为d_m2＝d，第m+1跨简支梁左侧支座处简支梁竖向位移为d_(m+1)1＝d，右侧支座处简支梁竖向位移为d_(m+1)2＝0。

(2)利用直角坐标系，建立所述底座板绝对位移矩阵，底座板在其自重、接触弹簧力和砂浆弹簧力的共同作用下达到平衡状态，其中，图5示出了本发明实施例提供的一种底座板竖向变形示意图。其中，建立所述底座板绝对位移矩阵的具体过程为：计算所述待建立桥梁的第t个扣件处的底座板的变形值，其中，所述第t个扣件处的底座板的变形值的计算公式为：

其中，j为求和公式中的计数变量且j＝1,2,…n；t为扣件个数编号，且t＝1,2,…n；

为单位长度的底座板的质量；

为单位长度的道岔床的质量；

为单位长度的道岔床的质量；g为重力加速度；l_p、l_s、l_r分别为所述底座板、所述道岔床、所述钢轨的总长度；l_pt为第t个扣件处的所述底座板的长度；l_pj为第j个接触弹簧距离起点的长度；E_p表示底座板的弹性模量；I_p表示底座板的截面惯性矩；P_c为接触弹簧力矩阵；k_c为接触弹簧力刚度；P_ca为砂浆弹簧力矩阵；P_{c_j}表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；P_{ca_j}表示的是第j个砂浆弹簧的砂浆弹簧力矩阵。

进一步地，将底座板的变形值整理成矩阵形式；V_p＝A₁P_ca+A₂P_c+BG_r+B₁G_s+B₂G_p，从而建立所述底座板绝对位移矩阵；

其中，V_p表示为底座板绝对位移矩阵；A₁、A₂为分别砂浆弹簧力、接触弹簧力对底座板竖向变形的影响矩阵；B、B₁、B₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对底座板竖向变形的影响矩阵；G_p、G_s、G_r分别为底座板重力矩阵、道岔床重力矩阵、钢轨重力矩阵。

为了对底座板竖向变形进行详细说明，现对底座板的受力进行详细分析，本发明实施例选取一段底座板对其受力进行分析。因此，图6示出了本发明实施例提供的一种底座板微分段受力分析图，如图6所示，取X_p∈(l_pt,l_p(t+1))区间的底座板微分段进行受力分析。其中，M_p和Q_p分别为底座板截面弯矩和剪力。本节采用局部坐标系(x,y)代替底座板整体坐标系(X_p,Y_p)，则x∈(0,l_p(t+1)-l_pt)。

(3)利用直角坐标系，建立所述道岔床绝对位移矩阵，道岔床在其自重、砂浆弹簧力和扣件弹簧力的共同作用下达到平衡状态，其中，图7示出了本发明实施例提供的一种道岔床竖向变形示意图。其中，建立所述道岔床绝对位移矩阵的具体过程为：计算所述待建立桥梁的第t个扣件处的道岔床的变形值，其中，所述第t个扣件处的道岔床的变形值的计算公式为：

其中，j为求和公式中的计数变量且j＝1,2,…n；t为扣件个数编号，且t＝1,2,…n；

为单位长度的底座板的质量；为单位长度的道岔床的质量；

为单位长度的道岔床的质量；g为重力加速度；l_p、l_s分别为所述底座板、所述道岔床的总长度；l_st为第t个扣件处的所述道岔床的长度；l_pj为第j个接触弹簧距离起点的长度；l_sj为第j个砂浆弹簧距离起点的长度；E_s表示道岔床的弹性模量；I_s表示道岔床的截面惯性矩阵；P_c为接触弹簧力矩阵；k_c为接触弹簧力刚度；P_ca为砂浆弹簧力矩阵；k_ca为砂浆弹簧力刚度；P_f为扣件弹簧力矩阵；P_{c_j}表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；P_{ca_j}表示的是第j个砂浆弹簧的砂浆弹簧力矩阵；P_{f_j}表示的是第j个扣件弹簧的扣件弹簧力矩阵。

进一步地，将道岔床的变形值整理成矩阵形式；V_s＝CP_f+C₁P_ca+C₂P_c+DG_r+D₁G_s+D₂G_p，从而建立所述道岔床绝对位移矩阵；

其中，V_s表示道岔床绝对位移矩阵；C、C₁、C₂分别为扣件弹簧力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对道岔床竖向变形的影响矩阵；D、D₁、D₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对道岔床竖向变形的影响矩阵。

为了对道岔床竖向变形进行详细说明，现对道岔床的受力进行详细分析，本发明实施例选取一段道岔床对其受力进行分析。因此，图8示出了本发明实施例提供的一种道岔床微分段受力分析图，如图8所示，取X_s∈(l_st,l_s(t+1))的道岔床微分段进行受力分析。其中，采用局部坐标系(x,y)代替道岔床整体坐标系(X_s,Y_s)，M_s和Q_s分别为道岔床截面弯矩和剪力，x∈(0,l_s(t+1)-l_st)。

(4)利用直角坐标系，建立所述钢轨绝对位移矩阵，钢轨在其自重和扣件弹簧力的共同作用下达到平衡状态，其中，图9示出了本发明实施例提供的一种钢轨竖向变形示意图。其中，建立所述钢轨绝对位移矩阵的具体过程为：计算所述待建立桥梁的第t个扣件处的钢轨的变形值，其中，所述第t个扣件处的钢轨的变形值的计算公式为：

其中，j为求和公式中的计数变量且j＝1,2,…n；t为扣件个数编号，且t＝1,2,…n；

为单位长度的底座板的质量；为

单位长度的道岔床的质量；

为单位长度的道岔床的质量；g为重力加速度；l_p、l_s、l_r分别为所述底座板、所述道岔床、所述钢轨的总长度；l_rt为第t个扣件处的所述钢轨的长度；l_pj为第j个接触弹簧距离起点的长度；l_sj为第j个砂浆弹簧距离起点的长度；l_rj为第j个扣件弹簧距离起点的长度；E_r为所述钢轨的弹性模量；I_r表示钢轨的截面惯性矩；P_c为接触弹簧力矩阵；K_c为接触弹簧力刚度；P_ca为砂浆弹簧力矩阵；K_ca为砂浆弹簧力刚度；P_f为扣件弹簧力矩阵；K_f为扣件弹簧力刚度；P_{c_j}表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；P_{ca_j}表示的是第j个砂浆弹簧的砂浆弹簧力矩阵；P_{f_j}表示的是第j个扣件弹簧的扣件弹簧力矩阵。

进一步地，将钢轨的变形值整理成矩阵形式；V_r＝HP_f+H₁P_ca+H₂P_c+IG_r+I₁G_s+I₂G_p，从而建立所述钢轨绝对位移矩阵；

其中，V_r表示钢轨绝对位移矩阵；H、H₁、H₂分别为扣件弹簧力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对钢轨竖向变形的影响矩阵；I、I₁、I₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对钢轨竖向变形的影响矩阵。

(5)获取绝对位移矩阵。当桥梁简支梁发生竖向变形时，无砟轨道层间结构存在相互作用，并在自重作用下达到平衡状态。其中，桥梁简支梁与底座之间的相互作用表现为接触弹簧力，则第t个接触弹簧力可写为：P_{c_t}＝k_{c_t}(Y_pt-Y_bt)，因此，接触弹簧力矩阵可表示为：P_c＝K_c(V_p-V_b)；底座与道岔床之间的相互作用表现为砂浆弹簧力，则第t个砂浆弹簧力可写为：P_{ca_t}＝k_{ca_t}(Y_st-Y_pt-h_t)，因此，砂浆弹簧力矩阵可表示为：P_ca＝K_ca(V_s-Vp-h)；而道岔床与钢轨之间的相互作用表现为扣件弹簧力，则第t个扣件力可写为：P_{f_t}＝k_{f_t}(Y_rt-Y_st)；因此，扣件弹簧力矩阵表示为：P_f＝K_fV_r-K_fV_s。

(6)联立所述底座板绝对位移矩阵，以及所述道岔床绝对位移矩阵、所述钢轨绝对位移矩阵、所述简支梁绝对位移矩阵、所述扣件弹簧力矩阵、所述接触弹簧力矩阵和所述砂浆弹簧力矩阵生成所述轨面映射通用模型矩阵；

所述轨面映射通用模型矩阵表示为：

其中，E为单位矩阵；h为初始离缝厚度；V_p、V_s、V_r、V_b分别为所述底座板绝对位移矩阵、所述道岔床绝对位移矩阵、所述钢轨绝对位移矩阵、所述桥梁简支梁附加变形矩阵；A₁、A₂为分别砂浆弹簧力、接触弹簧力对底座板竖向变形的影响矩阵；B、B₁、B₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对底座板竖向变形的影响矩阵；G_p、G_s、G_r分别为底座板重力矩阵、道岔床重力矩阵、钢轨重力矩阵；C、C₁、C₂分别为扣件弹簧力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对道岔床竖向变形的影响矩阵；P_f、P_c、P_ca分别为扣件弹簧力矩阵、接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵；K_f、K_c、K_ca分别为扣件弹簧力刚度、接触弹簧力刚度、砂浆弹簧力刚度；D、D₁、D₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对道岔床竖向变形的影响矩阵；H、H₁、H₂分别为扣件弹簧力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对钢轨竖向变形的影响矩阵；I、I₁、I₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对钢轨竖向变形的影响矩阵；L和Z分别为左侧和右侧支座位移对桥梁位移的影响矩阵，且为m阶斜对角矩阵；d₁和d₂分别为接触弹簧所在桥梁的左侧和右侧支座处桥梁简支梁位移矩阵，且为n维数组。

步骤K2：利用所述轨面映射通用模型矩阵求解所述绝对位移矩阵；

具体地，通过上述轨面映射通用模型矩阵能够求解出底座板绝对位移矩阵、道岔床绝对位移矩阵和钢轨绝对位移矩阵的具体数值。

步骤K3：计算求解出的所述底座板绝对位移矩阵与所述简支梁绝对位移矩阵的差值，获取底座-简支梁差值矩阵，并将所述底座-简支梁差值矩阵与所述接触弹簧力刚度相乘，以得到所述接触弹簧力矩阵；

计算求解出的所述底座板绝对位移矩阵与求解出的所述道岔床绝对位移矩阵的差值，获取底座-道岔床差值矩阵，并将所述底座-道岔床差值矩阵与所述砂浆弹簧力刚度相乘，以得到所述砂浆弹簧力矩阵；

计算求解出的所述钢轨绝对位移矩阵与求解出的所述道岔床绝对位移矩阵的差值，获取钢轨-道岔床差值矩阵，并将所述钢轨-道岔床差值矩阵与所述扣件弹簧力刚度相乘，以得到所述扣件弹簧力矩阵。

在通过上述过程得到所述层间作用力矩阵之后，将所述简支梁绝对位移矩阵、求解出的所述绝对位移矩阵和上述得到的所述层间作用力矩阵代入所述轨面映射通用模型矩阵中，以生成所述轨面映射模型。

进一步地，基于所生成的轨面映射模型，可通过画出不同层间联结失效参数值对应的钢轨竖向变形值来绘制轨道变形曲线，通过该轨道变形曲线能够直观地观察到层间联结失效参数对轨道变形的影响。

为了对层间离缝对轨道变形的影响进行详细描述，本发明实施例在图10中示出了一种层间离缝情况下对轨道变形示意图，为了便于说明如图10所示，仅示出5个桥墩，该钢轨的总共里程为130m。当第3个桥墩沉降10mm时，将层间离缝的参数值(离缝初始厚度为0.5mm，纵向长度分别为0.5m、1m、3m、5m、6m)带入层间联结失效情况下桥墩沉降变形映射至轨面的轨面映射模型中，可以计算出桥墩沉降10mm下层间离缝情况下轨道变形。在图10的基础上，图11示出了一种轨道变形细节示意图，如图11所示，示出了第2个桥墩处离缝分别为0.5m、1m、3m、5m、6m时轨道变形情况。

本发明基于纵连板式无砟轨道结构特点，通过逐层分析无砟轨道层间结构受力状态，提出了一种轨面映射模型的建立方法及装置，能够在桥梁发生附加变形后快速准确地确定轨面几何形态，以作为列车运营安全性的评价指标，对高速铁路的运营具有重要意义。

在另一种可能的实施方式中，对应于上述实施方式提供的轨面映射模型的建立方法，本发明实施例还提供了一种轨面映射模型的建立装置，图12为本发明实施例提供的一种轨面映射模型的建立装置的结构框图。如图12所示，该装置包括：

直角坐标系建立模块1201，用于获取待建立桥梁的结构图和层间联结失效参数，基于所述结构图建立简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系，其中，所述整体直角坐标系包括桥梁简支梁、底座板、道岔床、钢轨的整体直角坐标系；

待测桥梁绝对位移矩阵建立模块1202，用于基于所述整体直角坐标系，建立待测桥梁的绝对位移矩阵，其中，所述绝对位移矩阵包括：底座板绝对位移矩阵、道岔床绝对位移矩阵和钢轨绝对位移矩阵；

待建立桥梁层间作用力矩阵建立模块1203，用于根据所述层间联结失效参数，建立所述待建立桥梁的层间作用力矩阵，其中，所述层间作用力矩阵包括：接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵和扣件弹簧力矩阵；

轨面映射模型生成模块1204，用于结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型。

其中，建立待建立桥梁层间作用力矩阵的过程为：根据所述层间联结失效参数确定层间作用力刚度矩阵，其中，所述层间作用力刚度矩阵包括：接触弹簧力刚度、砂浆弹簧力刚度和扣件弹簧力刚度；利用所述层间作用力刚度矩阵和所述绝对位移矩阵计算所述层间作用力矩阵。

本发明实施例提供的轨面映射模型的建立装置，与上述实施例提供的轨面映射模型的建立方法相同的技术特征，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。

另外，在本发明实施例的描述中，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，例如，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：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)

1.一种轨面映射模型的建立方法，其特征在于，包括：

获取待建立桥梁的结构图和层间联结失效参数，基于所述结构图建立简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系，其中，所述整体直角坐标系包括桥梁简支梁、底座板、道岔床、钢轨的整体直角坐标系；

基于所述整体直角坐标系，建立待测桥梁的绝对位移矩阵，其中，所述绝对位移矩阵包括：底座板绝对位移矩阵、道岔床绝对位移矩阵和钢轨绝对位移矩阵；

根据所述层间联结失效参数，建立所述待建立桥梁的层间作用力矩阵，其中，所述层间作用力矩阵包括：接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵和扣件弹簧力矩阵；

结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述层间联结失效参数，建立所述待建立桥梁的层间作用力矩阵的步骤包括：

根据所述层间联结失效参数确定层间作用力刚度矩阵，其中，所述层间作用力刚度矩阵包括：接触弹簧力刚度、砂浆弹簧力刚度和扣件弹簧力刚度；

利用所述层间作用力刚度矩阵和所述绝对位移矩阵计算所述层间作用力矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用所述层间作用力刚度矩阵和所述绝对位移矩阵计算所述层间作用力矩阵的步骤包括：

根据所述简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵，生成待建立桥梁的轨面映射通用模型矩阵；

利用所述轨面映射通用模型矩阵求解所述绝对位移矩阵；

计算求解出的所述底座板绝对位移矩阵与所述简支梁绝对位移矩阵的差值，获取底座-简支梁差值矩阵，并将所述底座-简支梁差值矩阵与所述接触弹簧力刚度相乘，以得到所述接触弹簧力矩阵；

计算求解出的所述底座板绝对位移矩阵与求解出的所述道岔床绝对位移矩阵的差值，获取底座-道岔床差值矩阵，并将所述底座-道岔床差值矩阵与所述砂浆弹簧力刚度相乘，以得到所述砂浆弹簧力矩阵；

计算求解出的所述钢轨绝对位移矩阵与求解出的所述道岔床绝对位移矩阵的差值，获取钢轨-道岔床差值矩阵，并将所述钢轨-道岔床差值矩阵与所述扣件弹簧力刚度相乘，以得到所述扣件弹簧力矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述底座板绝对位移矩阵表示为：V_p＝A₁P_ca+A₂P_c+BG_r+B₁G_s+B₂G_p；所述道岔床绝对位移矩阵表示为：V_s＝CP_f+C₁P_ca+C₂P_c+DG_r+D₁G_s+D₂G_p；所述钢轨绝对位移矩阵表示为：V_r＝HP_f+H₁P_ca+H₂P_c+IG_r+I₁G_s+I₂G_p；所述简支梁绝对位移矩阵为：V_b＝Ld₁+Zd₂；所述扣件弹簧力矩阵为：P_f＝K_fV_r-K_fV_s；所述接触弹簧力矩阵为：P_c＝K_c(V_p-V_b)；所述砂浆弹簧力矩阵为：P_ca＝K_ca(V_s-Vp-h)；

所述根据所述简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵，生成待建立桥梁的轨面映射通用模型矩阵的步骤包括：

联立所述底座板绝对位移矩阵，以及所述道岔床绝对位移矩阵、所述钢轨绝对位移矩阵、所述简支梁绝对位移矩阵、所述扣件弹簧力矩阵、所述接触弹簧力矩阵和所述砂浆弹簧力矩阵生成所述轨面映射通用模型矩阵；

所述轨面映射通用模型矩阵表示为：

其中，E为单位矩阵；h为初始离缝厚度；V_p、V_s、V_r、V_b分别为所述底座板绝对位移矩阵、所述道岔床绝对位移矩阵、所述钢轨绝对位移矩阵、所述桥梁简支梁附加变形矩阵；A₁、A₂为分别砂浆弹簧力、接触弹簧力对底座板竖向变形的影响矩阵；B、B₁、B₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对底座板竖向变形的影响矩阵；G_p、G_s、G_r分别为底座板重力矩阵、道岔床重力矩阵、钢轨重力矩阵；C、C₁、C₂分别为扣件弹簧力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对道岔床竖向变形的影响矩阵；P_f、P_c、P_ca分别为扣件弹簧力矩阵、接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵；K_f、K_c、K_ca分别为扣件弹簧力刚度、接触弹簧力刚度、砂浆弹簧力刚度；D、D₁、D₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对道岔床竖向变形的影响矩阵；H、H₁、H₂分别为扣件弹簧力、砂浆弹簧力、接触弹簧力对钢轨竖向变形的影响矩阵；I、I₁、I₂分别为钢轨自重、道岔床自重、底座板自重对钢轨竖向变形的影响矩阵；L和Z分别为左侧和右侧支座位移对桥梁位移的影响矩阵，且为m阶斜对角矩阵；d₁和d₂分别为接触弹簧所在桥梁的左侧和右侧支座处桥梁简支梁位移矩阵，且为n维数组。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算所述待建立桥梁的第t个扣件处的底座板的变形值，根据所述底座板的变形值建立所述底座板绝对位移矩阵；

其中，所述第t个扣件处的底座板的变形值的计算公式为：

其中，j为求和公式中的计数变量且j＝1,2,…n；t为扣件个数编号，且t＝1,2,…n；

为单位长度的底座板的质量；

为单位长度的道岔床的质量；

为单位长度的道岔床的质量；g为重力加速度；l_p、l_s、l_r分别为所述底座板、所述道岔床、所述钢轨的总长度；l_pt为第t个扣件处的所述底座板的长度；l_pj为第j个接触弹簧距离起点的长度；E_p表示底座板的弹性模量；I_p表示底座板的截面惯性矩；P_c为接触弹簧力矩阵；k_c为接触弹簧力刚度；P_ca为砂浆弹簧力矩阵；P_{c_j}表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；P_{ca_j}表示的是第j个砂浆弹簧的砂浆弹簧力矩阵。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算所述待建立桥梁的第t个扣件处的道岔床的变形值，根据所述道岔床的变形值建立所述道岔床绝对位移矩阵；

其中，所述第t个扣件处的道岔床的变形值的计算公式为：

其中，j为求和公式中的计数变量且j＝1,2,…n；t为扣件个数编号，且t＝1,2,…n；为单位长度的底座板的质量；

为单位长度的道岔床的质量；

为单位长度的道岔床的质量；g为重力加速度；l_p、l_s分别为所述底座板、所述道岔床的总长度；l_st为第t个扣件处的所述道岔床的长度；l_pj为第j个接触弹簧距离起点的长度；l_sj为第j个砂浆弹簧距离起点的长度；E_s表示道岔床的弹性模量；I_s表示道岔床的截面惯性矩阵；P_c为接触弹簧力矩阵；k_c为接触弹簧力刚度；P_ca为砂浆弹簧力矩阵；k_ca为砂浆弹簧力刚度；P_f为扣件弹簧力矩阵；P_{c_j}表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；P_{ca_j}表示的是第j个砂浆弹簧的砂浆弹簧力矩阵；P_{f_j}表示的是第j个扣件弹簧的扣件弹簧力矩阵。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算所述待建立桥梁的第t个扣件处的钢轨的变形值，根据所述钢轨的变形值建立所述钢轨绝对位移矩阵；

其中，所述第t个扣件处的钢轨的变形值的计算公式为：

其中，j为求和公式中的计数变量且j＝1,2,…n；t为扣件个数编号，且t＝1,2,…n；

为单位长度的底座板的质量；为

单位长度的道岔床的质量；

为单位长度的道岔床的质量；g为重力加速度；l_p、l_s、l_r分别为所述底座板、所述道岔床、所述钢轨的总长度；l_rt为第t个扣件处的所述钢轨的长度；l_pj为第j个接触弹簧距离起点的长度；l_sj为第j个砂浆弹簧距离起点的长度；l_rj为第j个扣件弹簧距离起点的长度；E_r为所述钢轨的弹性模量；I_r表示钢轨的截面惯性矩；P_c为接触弹簧力矩阵；K_c为接触弹簧力刚度；P_ca为砂浆弹簧力矩阵；K_ca为砂浆弹簧力刚度；P_f为扣件弹簧力矩阵；K_f为扣件弹簧力刚度；P_{c_j}表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；P_{ca_j}表示的是第j个砂浆弹簧的砂浆弹簧力矩阵；P_{f_j}表示的是第j个扣件弹簧的扣件弹簧力矩阵。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型的步骤包括：

将所述简支梁绝对位移矩阵、求解出的所述绝对位移矩阵和得到的所述层间作用力矩阵代入所述轨面映射通用模型矩阵中，以生成所述轨面映射模型。

9.一种轨面映射模型的建立装置，其特征在于，包括：

直角坐标系建立模块，用于获取待建立桥梁的结构图和层间联结失效参数，基于所述结构图建立简支梁及上部轨道结构的整体直角坐标系，其中，所述整体直角坐标系包括桥梁简支梁、底座板、道岔床、钢轨的整体直角坐标系；

待测桥梁绝对位移矩阵建立模块，用于基于所述整体直角坐标系，建立待测桥梁的绝对位移矩阵，其中，所述绝对位移矩阵包括：底座板绝对位移矩阵、道岔床绝对位移矩阵和钢轨绝对位移矩阵；

待建立桥梁层间作用力矩阵建立模块，用于根据所述层间联结失效参数，建立所述待建立桥梁的层间作用力矩阵，其中，所述层间作用力矩阵包括：接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵和扣件弹簧力矩阵；

轨面映射模型生成模块，用于结合预先获取的简支梁绝对位移矩阵、所述绝对位移矩阵和所述层间作用力矩阵生成所述轨面映射模型。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述待建立桥梁层间作用力矩阵建立模块用于：

根据所述层间联结失效参数确定层间作用力刚度矩阵，其中，所述层间作用力刚度矩阵包括：接触弹簧力刚度、砂浆弹簧力刚度和扣件弹簧力刚度；

利用所述层间作用力刚度矩阵和所述绝对位移矩阵计算所述层间作用力矩阵。

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