本发明专利技术公开了一种重载铁路隧道道床两侧沟槽结构体结构应力的获得方法。包括获得重载铁路隧道两侧沟槽结构设计参数，并获得沟槽结构受力侧上、下端横向荷载q1、q2与轴重的曲线函数，获得沟槽结构受力侧应力。本发现采用现场试验、数据采集分析和力学模型，公开了适用于不同型式的重载铁路隧道两侧沟槽结构应力的获得方法，该方法根据相关规范充分反映了重载铁路隧道两侧沟槽结构的受力性能。本发明专利技术提供了目前两侧沟槽结构体应力的获得方法，对重载铁路隧道两侧沟槽的设计和安全验算提供了科学依据，最大可能地实现了经济、合理、高效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铁路工程设计
，尤其属于重载铁路隧道设计
，特别涉及重载铁路隧道道床两侧沟槽结构体结构应力的获得方法。
技术介绍
世界范围内的货物列车重载运输技术发展十分迅速，重载铁路隧道中各结构部位受到重载列车荷载作用影响成为重载铁路隧道设计的关键。因此重载铁路隧道结构的应力变化逐渐受到相关研究学者、设计人员及施工人员的高度重视。在重载铁路隧道底部结构中，两侧沟槽或水沟结构体位于道床两侧，在重载列车长时间大轴重的影响下，其结构易受到较大的横向荷载作用而出现外挤发生破坏，造成两侧沟槽内部线路破损，或水沟损坏，而隧道道床两侧沟槽结构体结构应力的获得是并通过等效简化模型来计算验证其结构受力安全性成为隧道两侧沟槽结构设计的基础和关键。根据国际重载运输协会(InternationalHeavyHaulAssociation，IHHA)2005年修订的重载铁路标准，满足以下三条标准中的至少两条才能称为重载铁路，即：1)重载列车牵引重量至少达到8000t；2)轴重(或计划轴重)为27t及以上；3)在至少150km线路区段上年运量超过4000万t。目前，国内外相关研究学者研究的重载铁路隧道两侧沟槽结构设计及其应力获得、计算模型主要基于经验和普通铁路隧道结构，对于重载铁路隧道两侧沟槽结构计算模型研究较少，且我国重载铁路设计规范尚未正式颁布实施，重载铁路隧道相关规范仍处于编制阶段。这对重载铁路隧道两侧沟槽结构计算和设计造成了较大的困难，对其合理结构型式设计、服役期的应力合理性和安全可靠性将产生重大影响。
技术实现思路
本专利技术根据现有技术的不足公开了一种重载铁路隧道道床两侧沟槽结构体结构应力的获得方法。本专利技术要解决的问题是提供一种重载铁路隧道两侧沟槽结构的应力获得方法，以获得其等效的简化模型，保证重载铁路隧道两侧沟槽结构应力荷载更合理和安全。本专利技术通过以下技术方案实现：重载铁路隧道两侧沟槽结构体应力的获得方法；其特征在于包括以下步骤：步骤一、获得重载铁路隧道两侧沟槽结构设计参数，至少包括沟槽截面尺寸，重载列车的时速和轴重参数；步骤二、获得沟槽结构受力侧上、下端横向荷载q1、q2与轴重的曲线函数：q1＝86.622ln(P)-256.24(A)q2＝123.36ln(P)-356.54(B)步骤三、获得沟槽结构受力侧应力：σx＝2x3y(q2-q1)/hb3+6x2yq1/b3-4xy3(q2-q1)/hb3+3xy(q2-q1)/5bh-4q1y3/b3+3q1y/5b-ρgx(C)其中，σx为结构竖向应力，单位kPa；x为结构内部距离左右表面的横向距离，单位m；y为结构内部距离上表面的竖向距离，单位m；q1为结构受力侧上端受到的横向荷载，单位kPa；q2为结构受力侧下端受到的横向荷载，单位kPa；b为结构厚度，单位m；h为结构高度，单位m；ρ为结构密度，单位kg/m3；g为重力加速度，9.8N/kg；P为重载列车轴重，单位t。所述沟槽结构受力侧上、下端横向荷载q1、q2与轴重的曲线函数是在沟槽结构受力侧上、下端分别埋设一个光纤光栅土压力传感器，记录分析不同轴重下波长并确定作用在沟槽结构表面上的荷载如表1，利用最小二乘法对荷载与轴重进行非线性拟合得到。轴重(t)q1(kPa)q2(kPa)2522.09240.3092730.11550.3863038.01962.857所述不同轴重列车的作用可以采用现场动力试验进行模拟，也可以采用通过不同轴重的试验列车进行获得。所述沟槽结构受力侧上、下端横向荷载q1、q2也可以通过振弦式传感器，则选用频率读数仪对其频率进行读取记录；根据频率与接触压力计算得到作用在沟槽结构受力侧上、下端的横向荷载。所述沟槽结构受力侧上、下端横向荷载q1、q2或采用大型有限元仿真计算软件ANSYS，建立沟槽结构-道床结构计算模型，计算分析得到作用在沟槽结构表面的荷载。本专利技术根据隧道两侧沟槽结构只有单侧受力，将其简化为悬臂梁结构，根据应力计算确定其轴力弯矩和安全系数。本专利技术还可以用于根据获得的隧道两侧沟槽结构系数，按照《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)钢筋混凝土结构安全系数要求对隧道沟槽结构的受力安全进行评价，为重载铁路隧道两侧电缆槽或水沟结构的设计提供依据。本专利技术的有益效果，本发现采用现场试验、数据采集分析和力学模型，公开了适用于不同型式的重载铁路隧道两侧沟槽结构应力的获得方法，该获得方法根据相关规范充分反映了重载铁路隧道两侧沟槽结构的受力性能。本专利技术提供了目前两侧沟槽结构体应力的获得方法，对重载铁路隧道两侧沟槽的设计和安全验算提供了科学依据，最大可能地实现了经济、合理、高效。附图说明图1是重载铁路隧道一侧沟槽结构示意图；图中，1是沟槽结构，2是道床结构；图2是沟槽结构受力侧简化模型；图中，简化模型表示为悬臂梁结构模型，单侧受到列车的横向荷载作用，上端横向荷载q1，下端横向荷载q2，x为结构内部距离中心位置的横向距离，单位m；y为结构内部距离上表面的竖向距离，单位m；图3是沟槽结构受力侧光纤光栅土压力传感器埋设位置；图中，11是沟槽结构受力侧上端，12是沟槽结构受力侧下端；图4是两侧沟槽结构上端作用荷载q1与轴重的变化曲线；图中，横坐标x是轴重，单位：t；纵坐标y是列车作用荷载增量，单位：kPa；图5是两侧沟槽结构下端作用荷载q2与轴重的变化曲线；图中，横坐标x是轴重，单位：t；纵坐标y是列车作用荷载增量，单位：kPa。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，本实施例只用于对本专利技术进行进一步的说明，但不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本专利技术的内容作出的一些非本质的改进和调整也属于本专利技术保护的范围。结合图1至图3。本专利技术重载铁路隧道两侧沟槽结构体应力的获得方法；包括以下方法步骤：步骤一、获得重载铁路隧道两侧沟槽结构设计参数，至少包括截面尺寸，重载列车的时速和轴重参数。步骤二、根据两侧沟槽结构实际尺寸，获得两侧沟槽结构简化后的受力侧悬臂梁计算模型，h为悬臂梁计算模型高度，单位m，b为悬臂梁计算模型厚度，单位m。步骤三、确定道床结构施加在重载铁路隧道两侧沟槽结构单侧上的横向作用力；q1为上层横向荷载，单位kPa，q1为下层横向荷载，单位kPa。获得沟槽结构受力侧上、下端横向荷载q1、q2与轴重的曲线函数：q1＝86.622ln(P)-256.24q2＝123.36ln(P)-356.54其中，q1为结构受力侧上端受到的横向荷载，单位kPa；q2为结构受力侧下端受到的横向荷载，单位kPa；P为重载列车轴重，单位t。步骤四、根据弹性力学圣维南定理，计算得出两侧沟槽结构应力分布计算式：σx＝2x3y(q2-q1)/hb3+6x2yq1/b3-4xy3(q2-q1)/hb3+3xy(q2-q1)/5bh-4q1y3/b3+3q1y/5b-ρgx其中，σx为结构竖向应力，单位kPa；x为结构内部距离左右表面的横向距离，单位m；y为结构内部距离上表面的竖向距离，单位m；q1为两侧沟槽结构受力侧上端受到的横向荷载，单位kPa；q2为两侧沟槽结构受力侧下端受到的横向荷载，单位kPa；b为两侧沟槽结构厚度，单位m；h为两侧沟槽结构高度，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种重载铁路隧道两侧沟槽结构体应力的获得方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、获得重载铁路隧道两侧沟槽结构设计参数，至少包括沟槽截面尺寸，重载列车的时速和轴重参数；步骤二、获得沟槽结构受力侧上端横向荷载q1、下端横向荷载q2与轴重的曲线函数：q1＝86.622ln(P)‑256.24 (A)q2＝123.36ln(P)‑356.54 (B)步骤三、获得沟槽结构受力侧应力：σx＝2x3y(q2‑q1)/hb3+6x2yq1/b3‑4xy3(q2‑q1)/hb3+3xy(q2‑q1)/5bh‑4q1y3/b3+3q1y/5b‑ρgx (C)其中，σx为结构竖向应力，单位kPa；x为结构内部距离左右表面的横向距离，单位m；y为结构内部距离上表面的竖向距离，单位m；q1为结构受力侧上端受到的横向荷载，单位kPa；q2为结构受力侧下端受到的横向荷载，单位kPa；b为结构厚度，单位m；h为结构高度，单位m；ρ为结构密度，单位kg/m3；g为重力加速度，9.8N/kg；P为重载列车轴重，单位t。
【技术特征摘要】
1.一种重载铁路隧道两侧沟槽结构体应力的获得方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、获得重载铁路隧道两侧沟槽结构设计参数，至少包括沟槽截面尺寸，重载列车的时速和轴重参数；步骤二、获得沟槽结构受力侧上端横向荷载q1、下端横向荷载q2与轴重的曲线函数：q1＝86.622ln(P)-256.24(A)q2＝123.36ln(P)-356.54(B)步骤三、获得沟槽结构受力侧应力：σx＝2x3y(q2-q1)/hb3+6x2yq1/b3-4xy3(q2-q1)/hb3+3xy(q2-q1)/5bh-4q1y3/b3+3q1y/5b-ρgx(C)其中，σx为结构竖向应力，单位kPa；x为结构内部距离左右表面的横向距离，单位m；y为结构内部距离上表面的竖向距离，单位m；q1为结构受力侧上端受到的横向荷载，单位kPa；q2为结构受力侧下端受到的横向荷载，单位kPa；b为结构厚度，单位m；h为结构高度，单位m；ρ为结构密度，单位kg/m3；g为重力加速度，9.8N/kg；P为重载列车轴重，单位t。2.根据权利要求1所述的重载铁路隧道两侧沟槽...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明年，李自强，于丽，倪光斌，刘大刚，赵勇，唐国荣，林传年，华阳，
申请(专利权)人：西南交通大学，中国铁路经济规划研究院，中国铁路总公司，
类型：发明
国别省市：四川;51
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