轨面映射模型的建立方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Establishment method and device of rail surface mapping model

【技术实现步骤摘要】
轨面映射模型的建立方法及装置
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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：Vp＝A1Pca+A2Pc+BGr+B1Gs+B2Gp；所述道岔床绝对位移矩阵表示为：Vs＝CPf+C1Pca+C2Pc+DGr+D1Gs+D2Gp；所述钢轨绝对位移矩阵表示为：Vr＝HPf+H1Pca+H2Pc+IGr+I1Gs+I2Gp；所述简支梁绝对位移矩阵为：Vb＝Ld1+Zd2；所述扣件弹簧力矩阵为：Pf＝KfVr-KfVs；所述接触弹簧力矩阵为：Pc＝Kc(Vp-Vb)；所述砂浆弹簧力矩阵为：Pca＝Kca(Vs-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；Vp、Vs、Vr、Vb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；Gp、Gs、Gr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；Pf、Pc、Pca分别为扣件弹簧力矩阵、接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵；Kf、Kc、Kca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，本专利技术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；lp、ls、lr分别为所述底座板、所述道岔床、所述钢轨的总长度；lpt为第t个扣件处的所述底座板的长度；lpj为第j个接触弹簧距离起点的长度；Ep表示底座板的弹性模量；Ip表示底座板的截面惯性矩；Pc为接触弹簧力矩阵；kc为接触弹簧力刚度；Pca为砂浆弹簧力矩阵；Pc_j表示的是第j个接触弹簧的接触弹簧力矩阵；Pca_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，本专利技术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；lp、ls分别为所述底座板、所述道岔床的总长度；lst为第t个扣件处的所述道岔床的长度；lpj为第j个接触弹簧距离起点的长度；lsj为第j个砂浆弹簧距离起点的长度；Es表示道岔床的弹性模量；Is表示道岔床的截面惯性矩阵；Pc为接触弹簧力矩阵；kc为接触弹簧力刚度；Pca为砂浆弹簧力矩阵；kca为砂浆弹簧力刚度；P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨面映射模型的建立方法，其特征在于，包括：/n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；/n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；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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：Vp＝A1Pca+A2Pc+BGr+B1Gs+B2Gp；所述道岔床绝对位移矩阵表示为：Vs＝CPf+C1Pca+C2Pc+DGr+D1Gs+D2Gp；所述钢轨绝对位移矩阵表示为：Vr＝HPf+H1Pca+H2Pc+IGr+I1Gs+I2Gp；所述简支梁绝对位移矩阵为：Vb＝Ld1+Zd2；所述扣件弹簧力矩阵为：Pf＝KfVr-KfVs；所述接触弹簧力矩阵为：Pc＝Kc(Vp-Vb)；所述砂浆弹簧力矩阵为：Pca＝Kca(Vs-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；Vp、Vs、Vr、Vb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；Gp、Gs、Gr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；Pf、Pc、Pca分别为扣件弹簧力矩阵、接触弹簧力矩阵、砂浆弹簧力矩阵；Kf、Kc、Kca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...

【专利技术属性】
技术研发人员：勾红叶，蒲黔辉，龙昊，王君明，洪彧，赵虎，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51