一種軌道列車動荷載的計算方法
【專利摘要】一種軌道列車動荷載的計算方法，包括以下步驟，S1：列車停運時，測量鋼軌上表面某點B受到的力錘激勵力F錘擊與鋼軌下部某點A的豎向加速度響應aA，錘擊，計算出兩者之間的振動傳遞函式H(s)；S2：列車執行時，現場實測鋼軌下部的A點的豎向加速度時域訊號a(t)實測，將a(t)實測轉換成複頻域訊號a(s)實測；S3：結合H(s)和a(s)實測，推匯出複頻域的列車動載荷F(s)；S4：將F(s)轉換成時域訊號；S5：將F(s)輸入數值計算模型，求解軌道中心線附近地面的振動加速度響應，將該振動加速度與現場實測振動加速度進行對比，對列車動荷載進行幅值調整，得到最終的列車動荷載。本發明所揭示的軌道列車動荷載的計算方法，可以簡便、精確地求解軌道中心線附近地面的振動加速度響應。
【專利說明】一種軌道列車動荷載的計算方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及荷載計算領域，尤其涉及軌道列車動荷載的計算方法。
【背景技術】
[0002]軌道交通為人們的生活帶來了巨大便利，然而由軌道交通系統引起的環境振動問題日益嚴重，引起人們的廣泛重視和研究。對軌道交通引起的環境振動問題，大部分的早期研究所採用的都是解析法和試驗法。近二十多年，隨著高效能計算機的問世，各種數值方法成為模擬軌道交通環境振動問題的一個非常有效的工具，並且發揮著越來越重要的作用。國內大部分研究者現在採用的就是這種方法，比較常用的數值模擬方法包括有限元方法、邊界元方法和混合法。
[0003]軌道列車執行時，由於列車本身的動力作用和輪軌接觸動荷載，使車輛和軌道結構發生振動。軌道結構的振 動透過道床、隧道等結構傳入地層，產生振動波，進而引起沿線附近建築物的振動。因此，在軌道交通環境振動的數值模擬中，首先需要進行軌道列車動荷載(亦稱豎向輪軌力)計算，為數值模擬計算模型提供輸入力。
[0004]目前，確定軌道列車動荷載的方法主要有以下三種:模型分析法、經驗分析法和實測分析法。在上述三種方法中，實測分析法更接近實際情況，因此將實測分析法得到的列車動荷載輸入數值計算模型，得到的計算結果更為準確。
[0005]實測分析法透過現場實驗的方法獲得列車動荷載。有兩種方法可供採用:一種是實測列車動荷載法，即現場實測鋼軌動載荷，直接換算用於計算的列車動荷載；另一種是荷載數定法，是現場實測鋼軌振動加速度，利用頻譜分析得出鋼軌振動加速度的數定表示式，然後再根據車輛振動簡化模型，透過建立輪系的運動方程，推匯出列車動載荷。上述兩種方法的具體計算方法如下:
[0006](I)實測列車動荷載法
[0007]根據剪應力法，將應變花貼於軌枕之間的鋼軌一側，對列車透過時鋼軌的側表面應力進行測試。利用地鐵列車進行靜荷載標定，透過換算獲得地鐵列車透過時鋼軌承受的豎向荷載。在進行有限元計算時，假定列車動荷載經鋼軌傳至道床成為沿軌道中心線均勻分佈的線載荷，計算公式為:
[0008]F{t) = K.[0009]式中:F(t)為沿軌道中心線均勻分佈的線載荷；P(t)為實測的鋼軌豎向載荷；Nb為每節車輛的轉向架數；nw為每個轉向架的輪對數；L為車輛長度,K為分散係數,考慮到鋼軌、軌枕對列車載荷的傳遞到道床表面的分散作用，K 一般按經驗值取為0.6~0.9。
[0010](2)實測荷載數定法
[0011]這是一種根據實測鋼軌振動加速度獲得軌道豎向列車振動荷載的方法。列車引起的鋼軌振動具有隨機性，經小波分解和重構後的鋼軌加速度時程可以認為是一個具有零均值的各態歷經的平穩高斯過程，因此可以將現場測試得到的鋼軌振動加速度波形經FFT變化後，可以分解成許多不同頻率的正弦波和餘弦波之和，用Fourier級數表示，即:
【權利要求】
1.一種軌道列車動荷載的計算方法，其特徵在於:包括以下步驟， 51:列車停運時，採用錘擊法測量鋼軌上表面某點B受到的力錘激勵力Fiss與鋼軌下部某點A的豎向加速度響應3&18擊,根據
2.根據權利要求1所述的軌道列車動荷載的計算方法，其特徵在於:在步驟SI中，點B與點A在鋼軌的同一橫截面上，該橫截面位於相鄰的兩個軌枕區間的中間部位。
3.根據權利要求1所述的軌道列車動荷載的計算方法，其特徵在於:在步驟S4中，先求出列車動荷載的頻譜F(co)和對應的相位，然後利用下式對頻域訊號進行處理，得到列車動荷載的時域訊號:
【文件編號】G06F19/00GK103984874SQ201410250483
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】李雙, 侯晉, 施毅, 李成 申請人:蘇州大學
一種軌道列車動荷載的計算方法
【專利摘要】一種軌道列車動荷載的計算方法，包括以下步驟，S1：列車停運時，測量鋼軌上表面某點B受到的力錘激勵力F錘擊與鋼軌下部某點A的豎向加速度響應aA，錘擊，計算出兩者之間的振動傳遞函式H(s)；S2：列車執行時，現場實測鋼軌下部的A點的豎向加速度時域訊號a(t)實測，將a(t)實測轉換成複頻域訊號a(s)實測；S3：結合H(s)和a(s)實測，推匯出複頻域的列車動載荷F(s)；S4：將F(s)轉換成時域訊號；S5：將F(s)輸入數值計算模型，求解軌道中心線附近地面的振動加速度響應，將該振動加速度與現場實測振動加速度進行對比，對列車動荷載進行幅值調整，得到最終的列車動荷載。本發明所揭示的軌道列車動荷載的計算方法，可以簡便、精確地求解軌道中心線附近地面的振動加速度響應。
【專利說明】一種軌道列車動荷載的計算方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及荷載計算領域，尤其涉及軌道列車動荷載的計算方法。
【背景技術】
[0002]軌道交通為人們的生活帶來了巨大便利，然而由軌道交通系統引起的環境振動問題日益嚴重，引起人們的廣泛重視和研究。對軌道交通引起的環境振動問題，大部分的早期研究所採用的都是解析法和試驗法。近二十多年，隨著高效能計算機的問世，各種數值方法成為模擬軌道交通環境振動問題的一個非常有效的工具，並且發揮著越來越重要的作用。國內大部分研究者現在採用的就是這種方法，比較常用的數值模擬方法包括有限元方法、邊界元方法和混合法。
[0003]軌道列車執行時，由於列車本身的動力作用和輪軌接觸動荷載，使車輛和軌道結構發生振動。軌道結構的振 動透過道床、隧道等結構傳入地層，產生振動波，進而引起沿線附近建築物的振動。因此，在軌道交通環境振動的數值模擬中，首先需要進行軌道列車動荷載(亦稱豎向輪軌力)計算，為數值模擬計算模型提供輸入力。
[0004]目前，確定軌道列車動荷載的方法主要有以下三種:模型分析法、經驗分析法和實測分析法。在上述三種方法中，實測分析法更接近實際情況，因此將實測分析法得到的列車動荷載輸入數值計算模型，得到的計算結果更為準確。
[0005]實測分析法透過現場實驗的方法獲得列車動荷載。有兩種方法可供採用:一種是實測列車動荷載法，即現場實測鋼軌動載荷，直接換算用於計算的列車動荷載；另一種是荷載數定法，是現場實測鋼軌振動加速度，利用頻譜分析得出鋼軌振動加速度的數定表示式，然後再根據車輛振動簡化模型，透過建立輪系的運動方程，推匯出列車動載荷。上述兩種方法的具體計算方法如下:
[0006](I)實測列車動荷載法
[0007]根據剪應力法，將應變花貼於軌枕之間的鋼軌一側，對列車透過時鋼軌的側表面應力進行測試。利用地鐵列車進行靜荷載標定，透過換算獲得地鐵列車透過時鋼軌承受的豎向荷載。在進行有限元計算時，假定列車動荷載經鋼軌傳至道床成為沿軌道中心線均勻分佈的線載荷，計算公式為:
[0008]F{t) = K.[0009]式中:F(t)為沿軌道中心線均勻分佈的線載荷；P(t)為實測的鋼軌豎向載荷；Nb為每節車輛的轉向架數；nw為每個轉向架的輪對數；L為車輛長度,K為分散係數,考慮到鋼軌、軌枕對列車載荷的傳遞到道床表面的分散作用，K 一般按經驗值取為0.6~0.9。
[0010](2)實測荷載數定法
[0011]這是一種根據實測鋼軌振動加速度獲得軌道豎向列車振動荷載的方法。列車引起的鋼軌振動具有隨機性，經小波分解和重構後的鋼軌加速度時程可以認為是一個具有零均值的各態歷經的平穩高斯過程，因此可以將現場測試得到的鋼軌振動加速度波形經FFT變化後，可以分解成許多不同頻率的正弦波和餘弦波之和，用Fourier級數表示，即:
【權利要求】
1.一種軌道列車動荷載的計算方法，其特徵在於:包括以下步驟， 51:列車停運時，採用錘擊法測量鋼軌上表面某點B受到的力錘激勵力Fiss與鋼軌下部某點A的豎向加速度響應3&18擊,根據
2.根據權利要求1所述的軌道列車動荷載的計算方法，其特徵在於:在步驟SI中，點B與點A在鋼軌的同一橫截面上，該橫截面位於相鄰的兩個軌枕區間的中間部位。
3.根據權利要求1所述的軌道列車動荷載的計算方法，其特徵在於:在步驟S4中，先求出列車動荷載的頻譜F(co)和對應的相位，然後利用下式對頻域訊號進行處理，得到列車動荷載的時域訊號:
【文件編號】G06F19/00GK103984874SQ201410250483
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】李雙, 侯晉, 施毅, 李成 申請人:蘇州大學