CN114707352B - 一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法，包括以下步骤：S1、获取铁路桥梁的当前成桥线形；S2、基于车体加速度，确定成桥线形的偏差控制线形及其总体幅值限值；S3、根据当前成桥线形对应车体敏感波长范围内的成桥线形与总体幅值限值之间的关系，对铁路桥梁成桥线形偏差进行控制。本发明以控制成桥线形敏感波长范围内的线形幅值来控制成桥线形偏差，实现了基于列车行车性能对铁路桥梁成桥线形偏差的合理控制，不仅填补了铁路桥梁成桥线形偏差控制方法的空白，还有力解决了由成桥线形偏差引起线路静态验收难以通过的难题，保障了后续桥上行车的安全性及舒适性。
Description
技术领域
本发明属于桥梁成桥线形控制技术领域，具体涉及一种基于列车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法。
背景技术
近年来，我国先后规划了诸多主跨达千米级且设计(预留)速度250km/h的公铁两用桥梁，其中主跨1092m的某2座长江大桥已建成通车，主跨1488m的某大桥、主跨1780m的某长江大桥目前也已通过初步设计方案审查。
不同于常规铁路桥梁，特大跨度铁路桥梁具有工程规模巨大、体系复杂、结构轻柔、位移量大等特点，在修建过程中通常会受到钢梁制造误差、施工误差等因素影响，其成桥线形与设计线形的绝对偏差往往超过容许限值，引起后续需重新拟合纵断面等一系列措施。目前缺乏对大跨度铁路桥梁成桥线形的控制措施，这严重影响了工程项目的正常验收工作，及对桥上列车正常运营产生不利影响。因此，亟需一种合理控制大跨铁路桥梁成桥线形偏差的方法。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法解决了现有技术中缺少对大跨度铁路桥梁成桥线形的控制方法的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法，包括以下步骤：
S1、获取铁路桥梁的当前成桥线形；
S2、基于车体加速度，确定成桥线形的偏差控制线形及其总体幅值限值；
S3、根据当前成桥线形对应车体敏感波长范围内的成桥线形与总体幅值限值之间的关系，对铁路桥梁成桥线形偏差进行控制。
进一步地，所述步骤S2具体为：
S21、基于车体加速度的敏感波长，确定敏感波长范围内的成桥线形成分，将其作为成桥线形的偏差控制线形；
S22、基于车体加速度的总响应限值和轨道不平顺及桥梁变形作用下的车体加速度响应，确定偏差控制线形的车体加速度容许响应限值；
S23、结合车体加速度与弦测值的相关性，确定车体加速度容许响应限值的偏差控制线形弦测值；
S24、在敏感波长范围内，实测偏差控制线形弦测值-线形幅值统计相关系数，确定车体加速度容许响应限值的偏差控制线形幅值，并结合敏感波长范围内成桥线形道砟的可调整厚度，确定偏差控制线形的总体幅度值。
进一步地，所述步骤S21中，车体加速度的敏感波长的确定方法具体为：
A1、通过建立车辆-轨道耦合动力学模型；
A2、对建立的车辆-轨道耦合动力学模型采用多体动力学仿真的方式获得车体垂向振动加速度响应；
A3、通过对车体垂向振动加速度响应进行频谱分析，得到加速度功率谱密度图，进而确定车体加速度的敏感波长。
进一步地，所述步骤S22中车体加速度的总响应值不超过0.1g。
进一步地，所述步骤S23中，车体加速度容许响应限值对应的60m弦测值，即为偏差控制线形弦测值。
进一步地，所述步骤S24具体为：
S24-1、在敏感波长范围内，基于统计的方法确定实测的偏差控制线形弦测值与线形幅值之间的数学关系，进而确定偏差控制线形幅值；
S24-2、通过分析不同波长范围内所需的道砟厚度，确定敏感波长范围内成桥线形道砟的可调整厚度；
S24-3、将偏差控制线形幅值与敏感波长范围内成桥线形道砟的可调整厚度之和作为偏差控制线形的总体幅度值。
进一步地，所述步骤S3具体为：
S31、对铁路桥梁的当前成桥线形对应的时域信号进行滤波，分离出敏感波长范围内的成桥线形；
S32、判断敏感波长范围内的成桥线形是否小于偏差控制线形的总体幅值限值；
若是，则当前成桥线形满足列车行车平稳性要求；
若否，则对当前成桥线形进行调整，直到敏感波长范围内的成桥线形小于偏差控制线形的总体幅值限值。
本发明的有益效果为：
(1)本发明以控制成桥线形敏感波长范围内的线形幅值来控制成桥线形偏差，实现了基于列车行车性能对铁路桥梁成桥线形偏差的合理控制，保障了后续桥上行车的安全性及舒适性。
(2)本发明从行车性能的角度对铁路桥梁成桥线形偏差进行了控制，不仅填补了铁路桥梁成桥线形偏差控制方法的空白，还有力解决了由成桥线形偏差引起线路静态验收难以通过的难题。
附图说明
图1为本发明提供的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法流程图。
图2为本发明提供的实施例中某大桥实测成桥线形图。
图3为本发明提供的实施例中某大桥成桥线形偏差控制线形图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
本发明实施例提供了一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法，如图1所示，其包括以下步骤：
S1、获取铁路桥梁的当前成桥线形；
S2、基于车体加速度，确定成桥线形的偏差控制线形及其总体幅值限值；
S3、根据当前成桥线形对应车体敏感波长范围内的成桥线形与总体幅值限值之间的关系，对铁路桥梁成桥线形偏差进行控制。
本发明实施例的步骤S1中，利用高精度控制网、扰度仪及位移传感器等，测得桥梁沿线路里程上的绝对高程，以获取大跨度铁路桥梁的成桥线形，本实施例中得到的某大桥的成桥线形如图2所示。
本发明实施例的步骤S2具体为：
S21、基于车体加速度的敏感波长，确定敏感波长范围内的成桥线形成分，将其作为成桥线形的偏差控制线形；
S22、基于车体加速度的总响应限值和轨道不平顺及桥梁变形作用下的车体加速度响应，确定偏差控制线形的车体加速度容许响应限值；
S23、结合车体加速度与弦测值的相关性，确定车体加速度容许响应限值的偏差控制线形弦测值；
S24、在敏感波长范围内，实测偏差控制线形弦测值-线形幅值统计相关系数，确定车体加速度容许响应限值的偏差控制线形幅值，并结合敏感波长范围内成桥线形道砟的可调整厚度，确定偏差控制线形的总体幅度值。
本实施例的步骤S21中，车体加速度的敏感波长的确定方法具体为：
A1、通过建立车辆-轨道耦合动力学模型；
A2、对建立的车辆-轨道耦合动力学模型采用多体动力学仿真的方式获得车体垂向振动加速度响应；
A3、通过对车体垂向振动加速度响应进行频谱分析，得到加速度功率谱密度图，进而确定车体加速度的敏感波长。
本实施例中，基于上述方法确定某一车型在某速度下的加速度功率谱密度图，确定的高速铁路敏感波长范围为25m～200m，进而得到的成桥线形的偏差控制线形如图3所示。
本实施例的步骤S22中车体加速度的总响应值不超过0.1g，具体地，采用德国低干扰轨道谱生成轨道随机不平顺空间样本，建立大跨度铁路桥梁有限元模型，计算温度、行车等荷载下的桥梁变形，将其视作轨道不平顺。建立CRH2高速车辆-轨道耦合动力学模型，计算速度为250km/h时随机不平顺及桥梁变形作用下的车体加速度响应，得到偏差控制线形的车体加速度容许响应限值，为0.01g。
本实施例的步骤S23中，车体加速度容许响应限值对应的60m弦测值，即为偏差控制线形弦测值；具体地，通过收集综合检测车的实测数据，采用60m弦中点弦测法获得一系列轨道不平顺弦测值及对应的车体加速度数据，统计每个轨道不平顺60m弦测值所对应的1组车体加速度的均值、标准差，在95％置信区间下求每个不平顺幅值所对应的最大可能加速度，研究出车体加速度与轨道不平顺60m弦测值之间的关系，并拟合出车体加速度和60m弦测值之间的数学关系式。基于此关系式，可确定车体加速度容许响应限值对应的60m弦测值，即为偏差控制线形弦测值。
本实施例中，将60弦测值作为偏差控制线形弦测值的主要依据为60m弦的有效检测范围为40～120m，与车体敏感波长较为对应，即60m弦测得的弦测值与车体垂向加速度有良好相关性。
本实施例的步骤S24具体为：
S24-1、在敏感波长范围内，基于统计的方法确定实测的偏差控制线形弦测值与线形幅值之间的数学关系，进而确定偏差控制线形幅值；
S24-2、通过分析不同波长范围内所需的道砟厚度，确定敏感波长范围内成桥线形道砟的可调整厚度；
S24-3、将偏差控制线形幅值与敏感波长范围内成桥线形道砟的可调整厚度之和作为偏差控制线形的总体幅度值。
在本实施例的步骤S24-1中，计算偏差控制线形弦测值-线形幅值统计相关系数如表1所示，车体加速度容许限值为0.01g，弦测值为2.5mm时，对应的偏差控制线形幅值为2.5mm。
表1
本实施例的步骤S24-2中，根据《高速铁路桥隧建筑物修理规则(试行)》，桥上道砟可调整厚度为33-45cm，分别计算波长大于200m的成桥线形和波长小于25m的成桥线形所需的道砟厚度调整值，根据总的成桥线形道砟可调整厚度为±(45-33)/2，得到敏感波长范围内成桥线形的道砟可调整厚度值为±5.5cm。
本实施例的步骤S24-3中，根据上述计算数据，偏差控制线形的总体幅值限值为±(55+2.5)mm，考虑1.2的安全系数，确定偏差控制线形的总体幅值限值为48mm。
本发明实施例的步骤S3具体为：
S31、对铁路桥梁的当前成桥线形对应的时域信号进行滤波，分离出敏感波长范围内的成桥线形；
S32、判断敏感波长范围内的成桥线形是否小于偏差控制线形的总体幅值限值；
若是，则当前成桥线形满足列车行车平稳性要求；
若否，则对当前成桥线形进行调整，直到敏感波长范围内的成桥线形小于偏差控制线形的总体幅值限值。
在本实施例中，例如图3中的成桥线形偏差控制线形最大幅值为40mm，小于偏差控制线形的总体幅值限值48mm，则代表该成桥线形满足列车行车平稳要求，该桥梁成桥线形偏差得到了合理控制。
Claims (6)
1.一种基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取铁路桥梁的当前成桥线形；
S2、基于车体加速度，确定成桥线形的偏差控制线形及其总体幅值限值；
S3、根据当前成桥线形对应车体敏感波长范围内的成桥线形与总体幅值限值之间的关系，对铁路桥梁成桥线形偏差进行控制；
所述步骤S2具体为：
S21、基于车体加速度的敏感波长，确定敏感波长范围内的成桥线形成分，将其作为成桥线形的偏差控制线形；
S22、基于车体加速度的总响应限值和轨道不平顺及桥梁变形作用下的车体加速度响应，确定偏差控制线形的车体加速度容许响应限值；
S23、结合车体加速度与弦测值的相关性，确定车体加速度容许响应限值的偏差控制线形弦测值；
S24、在敏感波长范围内，实测偏差控制线形弦测值-线形幅值统计相关系数，确定车体加速度容许响应限值的偏差控制线形幅值，并结合敏感波长范围内成桥线形道砟的可调整厚度，确定偏差控制线形的总体幅度值。
2.根据权利要求1所述的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法，其特征在于，所述步骤S21中，车体加速度的敏感波长的确定方法具体为：
A1、通过建立车辆-轨道耦合动力学模型；
A2、对建立的车辆-轨道耦合动力学模型采用多体动力学仿真的方式获得车体垂向振动加速度响应；
A3、通过对车体垂向振动加速度响应进行频谱分析，得到加速度功率谱密度图，进而确定车体加速度的敏感波长。
3.根据权利要求1所述的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法，其特征在于，所述步骤S22中车体加速度的总响应值不超过0.1g。
4.根据权利要求1所述的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法，其特征在于，所述步骤S23中，车体加速度容许响应限值对应的60m弦测值，即为偏差控制线形弦测值。
5.根据权利要求1所述的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法，其特征在于，所述步骤S24具体为：
S24-1、在敏感波长范围内，基于统计的方法确定实测的偏差控制线形弦测值与线形幅值之间的数学关系，进而确定偏差控制线形幅值；
S24-2、通过分析不同波长范围内所需的道砟厚度，确定敏感波长范围内成桥线形道砟的可调整厚度；
S24-3、将偏差控制线形幅值与敏感波长范围内成桥线形道砟的可调整厚度之和作为偏差控制线形的总体幅度值。
6.根据权利要求1所述的基于列车行车性能的铁路桥梁成桥线形偏差控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
S31、对铁路桥梁的当前成桥线形对应的时域信号进行滤波，分离出敏感波长范围内的成桥线形；
S32、判断敏感波长范围内的成桥线形是否小于偏差控制线形的总体幅值限值；
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