基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法，通过先获取所述桥梁的实测铺轨线形；然后确定出桥上通行列车的车体垂向加速度的敏感波长范围和符合刚度要求的桥上有砟道床厚度区间；然后基于所述有砟道床厚度区间和最小二乘法对所述实测铺轨线形进行傅里叶级数拟合得到初步优化铺轨线形；然后基于所述初步优化铺轨线形拟合过程中的波长和所述敏感波长范围确定出最优铺轨线形；然后基于所述最优铺轨线形对所述实测铺轨线形进行优化，实现了准确地对大跨度桥梁桥上铺轨线形进行调整优化，以使铺轨线形满足线路平顺性要求，从而确保列车具有良好的行车性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法


[0001]本专利技术属于桥上铺轨线形优化
，具体涉及一种基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法。

技术介绍

[0002]随着高速铁路桥梁向更大跨度、更为复杂结构形式发展，不同于常规铁路桥梁，大跨度铁路桥梁具有工程规模巨大、体系复杂、结构轻柔和位移量大等特点，在温度、风及列车等多种荷载作用下，桥梁结构会产生显著的挠曲变形，而轨道结构作为桥梁的附属结构物必定会受到影响，形成复杂的线路不平顺，进而影响到行车安全性及舒适性。
[0003]此外，大跨度铁路桥梁受钢梁制造误差、施工偏差等因素影响，其成桥线形往往与设计线形存在明显偏差，因此难以依据规范对大跨度铁路桥梁的成桥线形进行目标铺轨线形的实施，通常需要基于桥梁成桥线形对桥上铺轨线形进行优化设计，然而，现有铁路线路设计规范在开展铺轨线形设计时，未能充分考虑到大跨度桥梁的变形特点及列车行车性能，使得按设计得到的铺轨优化线形难以满足规范要求，且无法确保列车具有良好的行车性能。
[0004]因此，如何对大跨度桥梁桥上铺轨线形进行准确地调整优化，以使铺轨线形满足规范要求，从而确保列车具有良好的行车性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了准确地对大跨度桥梁桥上铺轨线形进行调整优化，以使铺轨线形满足规范要求，从而确保列车具有良好的行车性能，提出了一种基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法。
[0006]本专利技术的技术方案为：基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法，包括以下步骤：
[0007]S1、获取所述桥梁的实测铺轨线形；
[0008]S2、确定出桥上通行列车的车体垂向加速度的敏感波长范围和符合刚度要求的桥上有砟道床厚度区间；
[0009]S3、基于所述有砟道床厚度区间和最小二乘法对所述实测铺轨线形进行傅里叶级数拟合得到优化铺轨线形；
[0010]S4、基于所述优化铺轨线形拟合过程中的波长和所述敏感波长范围确定出最优铺轨线形；
[0011]S5、基于所述最优铺轨线形对所述实测铺轨线形进行优化。
[0012]进一步地，所述步骤S2中确定所述敏感波长范围是通过桥上通行列车的车体垂向加速度功率密度图确定出的。
[0013]进一步地，所述步骤S3中具体通过如下公式进行傅里叶级数拟合：
[0014][0015]式中，f(x)为里程点上的高程或相对距离点上的相对高程，a0为f(x)的均值，a
n
为余弦函数的幅值，b
n
为正弦函数的幅值，n为拟合公式的阶数，ω为波数，x为里程或相对距离。
[0016]进一步地，所述步骤S4具体包括以下分步骤：
[0017]S41、判断所述拟合过程中的波长是否在所述敏感波长范围内，若否，则将所述优化铺轨线形作为最优铺轨线形，若是，则执行步骤S42；
[0018]S42、调整所述傅里叶级数中的阶数，并重新对所述实测铺轨线形进行拟合得到更新后的优化铺轨线形，直到更新后的优化铺轨线形中位于所述车体敏感波长范围内的线形成分幅值小于指定限值时停止更新，并将最后更新出的优化铺轨线形作为所述最优铺轨线形。
[0019]进一步地，所述步骤S5具体包括以下分步骤：
[0020]S51、获取所述最优铺轨线形和实测铺轨线形在各里程点处的高程差；
[0021]S52、基于各里程点处的高程差调整所述实测铺轨线形。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具备以下有益效果：
[0023]本专利技术通过先获取所述桥梁的实测铺轨线形；然后确定出桥上通行列车的车体垂向加速度的敏感波长范围和符合刚度要求的桥上有砟道床厚度区间；然后基于所述有砟道床厚度区间和最小二乘法对所述实测铺轨线形进行傅里叶级数拟合得到初步优化铺轨线形；然后基于所述初步优化铺轨线形拟合过程中的波长和所述敏感波长范围确定出最优铺轨线形；然后基于所述最优铺轨线形对所述实测铺轨线形进行优化，实现了准确地对大跨度桥梁桥上铺轨线形进行调整优化，以使铺轨线形满足规范要求，从而确保列车具有良好的行车性能。
附图说明
[0024]图1所示为本专利技术实施例提供的基于片上网络的光纤通道和以太网组网方法的流程示意图；
[0025]图2所示为本专利技术具体应用场景中桥梁上测点位置的示意图；
[0026]图3所示为本专利技术具体应用场景中满足铺设道床厚度要求时的最优铺轨线形的拟合效果示意图；
[0027]图4所示为本专利技术具体应用场景中满足铺设道床厚度要求时的最优铺轨线形的拟合偏差示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029]本申请提出了一种基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法，如图1所示为其的流程示意图，该方法包括以下分步骤：
[0030]步骤S1、获取所述桥梁的实测铺轨线形。
[0031]具体的，可通过高精度控制网、挠度仪、位移传感器等测量方法及仪器，实测成桥后桥梁沿线路里程上的绝对高程，从而获取所述实测铺轨线形。
[0032]本专利技术将实测桥梁线形作为铺轨线形的拟合基准，可充分考虑桥梁在实际环境中的变形及施工误差，弥补了现有线路设计规范未能考虑大跨度铁路桥梁变形及施工特征的缺陷。
[0033]在具体应用场景中，以某主跨千米级的公铁两用悬索桥为例，通过静力水准仪、挠度传感器等设备测得了某一温度下桥梁主梁的绝对高程，将换算为设计温度后的线形作为铺轨线形拟合基准，测点位置如图2所示，实测铺轨线形如图3所示，图3中实测桥梁线形极为实测铺轨线形，傅里叶级数拟合成轨线形即为初步优化铺轨线形。
[0034]步骤S2、确定出桥上通行列车的车体垂向加速度的敏感波长范围和符合刚度要求的桥上有砟道床厚度区间。
[0035]在本申请实施例中，所述步骤S2中确定所述敏感波长范围是通过桥上通行列车的车体垂向加速度功率密度图确定出的。
[0036]具体的，通过理论推导、动力仿真或实测动检数据等方式，得到桥上通行列车垂向加速度功率谱密度或频谱图，选择功率谱密度或幅值较大的波长范围，也即以功率谱密度曲线中幅值最大处为中心，选择的敏感波长范围，需满足敏感波长区间内曲线下方面积达到总曲线下方面积的95％以上，作为车体垂向加速度的敏感波长范围。
[0037]本实施例中，使用多次动力仿真的方式获得车体垂向加速度响应，进而得到某一种车型加速度功率谱密度图。一般情况下应通过大量实测动检数据进行频域分析，真实反映桥上所有通行列车的车体动力响应特性，最终确定车体敏感波长范围。
[0038]通过理论分析、试验测试或工程实践经验等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、获取所述桥梁的实测铺轨线形；S2、确定出桥上通行列车的车体垂向加速度的敏感波长范围和符合刚度要求的桥上有砟道床厚度区间；S3、基于所述有砟道床厚度区间和最小二乘法对所述实测铺轨线形进行傅里叶级数拟合得到优化铺轨线形；S4、基于所述优化铺轨线形拟合过程中的波长和所述敏感波长范围确定出最优铺轨线形；S5、基于所述最优铺轨线形对所述实测铺轨线形进行优化。2.如权利要求1所述的基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法，其特征在于，所述步骤S2中确定所述敏感波长范围是通过桥上通行列车的车体垂向加速度功率密度图确定出的。3.如权利要求1所述的基于傅里叶级数拟合的铁路桥梁桥上铺轨线形优化方法，其特征在于，所述步骤S3中具体通过如下公式进行傅里叶级数拟合：式中，f(x)为里程点上的高程或相对距离点上的相对高程，a0为f(x)的均值，a
n

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，王铭，陈嵘，李小珍，舒英杰，陆粤，禹壮壮，阳川，周彦希，王心怡，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：