【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁路维护，尤其涉及一种板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法以及一种板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估系统。
技术介绍
1、无砟轨道结构自上至下主要由钢轨、扣件、轨道板、水泥乳化沥青砂浆充填层、水硬性支承层/混凝土底座等组成，其中，水泥乳化沥青砂浆是纵连轨道板式无砟轨道结构的填充层、连接层，用于填充精调以后的轨道板与水硬性支承层/混凝土底座板之间空隙，并使轨道板与下部结构形成一个整体，其作为充填层在轨道结构中起充填、支撑、承力、传力等“承上启下”的关键作用。由此可见，水泥乳化沥青砂浆充填层的服役性能对整体轨道结构的平顺性与稳定性具有重要影响，若水泥乳化沥青砂浆充填层发生严重病害，轨道结构的平顺性、耐久性及列车运营的安全性和舒适性将无法保证。
2、现场调研运营高铁相关病害表明，当前无砟轨道主要病害体现在水泥沥青砂浆充填层与轨道板的层间离缝和磨蚀流浆。从现场调查情况来看，大部分水泥沥青砂浆流浆析出地段位于轨道板端部宽接缝位置。从发展趋势来看，砂浆层流浆病害发展可以分为以下几个阶段：
3、(1)温度荷载作用下轨道板的季节性、周期性、往复性的翘曲变形导致水泥沥青砂浆充填层与轨道板间产生离缝(离缝宽度可从0.1mm至最高可达cm级)，水进入水泥沥青砂浆层和轨道板间隙，在动水压作用下，砂浆被磨蚀、水化产物溶出，导致开始出现流浆现象；
4、(2)随着水泥沥青砂浆层逐渐被磨蚀、溶出，水泥沥青砂浆层与轨道板离缝越来越大，离缝区域扩大，水进入的面积也逐渐扩大，水泥沥青砂浆层流浆面积扩大，无砟轨道
5、(3)随着流浆情况的加重，水对水泥沥青砂浆层的磨蚀开始加速，开始有大量的析出物产生，析出物开始在水泥沥青砂浆层侧面出现堆积，析出物在水泥沥青砂浆层侧边堆积越来越多，充填层与轨道板间离缝也越来越大；
6、(4)水泥沥青砂浆层与轨道板之间出现严重离缝，在高速列车振动作用下，由于轨道板和水泥沥青砂浆层振动频率不同，轨道板与水泥沥青砂浆层之间相互拍打，导致水泥沥青砂浆层侧边受剪破损；
7、(5)水泥沥青砂浆层离缝进一步增加或磨蚀减薄，摩擦毛刺或粗糙面消失摩擦阻力减小，轨道板下出现整板空吊情况，轨道板整体下沉，一方面影响高速铁路的轨道平顺性；另一方面在动荷载作用下，水泥沥青砂浆层严重碎裂，并逐渐拍出，水泥沥青砂浆充填层整体失效，进而影响无砟轨道充填层的服役寿命。
8、现有技术采用的技术手段和方法如下：
9、(1)专利技术专利“一种水工沥青混凝土运行寿命预测方法(cn106896053b)”，包括以下步骤：收集水工沥青混凝土所在处不同时刻的紫外辐射强度；通过老化公式计算t时刻的水工沥青混凝土中沥青针入度，老化公式为其中a为第一常数，c为速率常数，α为第二常数，u为紫外辐射强度，p0是指沥青初始性能指标(此处为针入度指标)；根据老化公式计算得到沥青针入度随时间的变化曲线；当经过t1时间后沥青针入度随时间的变化趋于平稳时，说明水工沥青混凝土的寿命为t1。
10、(2)专利技术专利“一种混合驱动的无砟轨道疲劳寿命预测方法和系统(cn111859724a)”，包括如下步骤：s100.获取无砟轨道现场监测数据，对现场监测数据进行判断，若现场监测数据充足，执行步骤s200；若现场监测数据不足，执行步骤s300-s400；s200.利用疲劳寿命神经网络预测模型，将充足的现场监测数据作为神经网络模型的输入，无砟轨道结构的疲劳寿命作为输出，得到基于数据驱动的轨道结构疲劳预测模型；s300.利用不足的现场监测数据作为有限元分析模型的荷载边界条件，得到温度荷载作用的静力分析模型和列车动载作用的动力分析模型，利用模型对数值仿真计算，得到温度和列车疲劳荷载作用下的无砟轨道各组成部件的应力时程曲线；s400.根据所述应力时程曲线，利用疲劳损伤理论和疲劳分析软件进行无砟轨道结构疲劳寿命预测。
11、但是，现有技术暂时无法实现对充填层从荷载—温度、荷载—冻融、荷载—干湿的多种复合因素进行疲劳寿命预测，无法实现充填层在运营期间的疲劳寿命的有效预测。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供了一种板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法及系统，通过将理论与实际相结合，将充填层复杂的服役环境进行数字化，根据单一的或复合的充填层服役寿命影响因素构建寿命预测模型，并通过模拟试验确定寿命预测模型后，将实际检测得到的服役状态参数输入，预测得到充填层的服役预测寿命，能够更好、更可靠地评估不同阶段充填层的服役状态，并对充填层养护维修时机与方法提供参考。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，包括：
3、根据无砟轨道充填层的分布区域环境，以荷载疲劳、温度疲劳、冻融疲劳和干湿疲劳作为所述充填层的服役寿命影响因素，针对所述充填层进行单一因素和/或复合因素的疲劳寿命模拟试验；
4、根据所述服役寿命影响因素构建与所述疲劳寿命模拟试验对应的寿命预测模型其中，s为应力水平，n为疲劳作用次数，a、b为与充填层有关的待定常数；
5、将所述疲劳寿命模拟试验的试验结果代入所述寿命预测模型，计算得到所述寿命预测模型的具体参数，确定所述寿命预测模型；
6、获取对应分布区域环境中无砟轨道充填层的服役状态参数，将所述服役状态参数输入所述寿命预测模型，得到所述充填层的服役预测寿命。
7、在上述技术方案中，优选地，所述根据所述服役寿命影响因素构建与所述疲劳寿命模拟试验对应的寿命预测模型的具体过程包括：
8、根据单一荷载疲劳因素的疲劳寿命模拟试验，构建荷载疲劳寿命预测模型；
9、根据荷载-温度疲劳复合因素的疲劳寿命模拟试验，构建荷载-温度疲劳寿命预测模型；
10、根据荷载-冻融疲劳复合因素的疲劳寿命模拟试验，构建荷载-冻融疲劳寿命预测模型；
11、根据荷载-干湿疲劳复合因素的疲劳寿命模拟试验，构建荷载-干湿疲劳寿命预测模型。
12、在上述技术方案中，优选地，所述荷载-温度疲劳寿命预测模型为ln n＝αs+βt+c，其中，s为应力水平，n为疲劳作用次数，t为温度，c、α、β为与充填层有关的待定常数；
13、所述荷载-冻融疲劳寿命预测模型为d＝k·n2·eb·s，其中，d＝(1-erd)/(1-e0.6)，k为冻融介质和冻融作用的影响因子，n为冻融寿命，b为应力影响系数，s为外部荷载水平，d为损伤程度，erd为相对动弹模量，e0.6表示相对动弹损失到60％；
14、所述荷载-干湿疲劳寿命预测模型为d＝k·n2·eb·s，其中，d＝(1-erd)/(1-e0.6)，k为干湿循环介质和干湿循环作用的影响因子，n为干湿循环次数，b为应力影响系数，s为外部荷载水平，d是损伤程度，erd为相对动弹模量，e0.6表示相对动弹损失到60％。
15、在上述技术方案中，优选地，板式本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，其特征在于，所述根据所述服役寿命影响因素构建与所述疲劳寿命模拟试验对应的寿命预测模型的具体过程包括：
3.根据权利要求2所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，其特征在于，所述荷载-温度疲劳寿命预测模型为ln N＝αS+βT+C，其中，S为应力水平，N为疲劳作用次数，T为温度，C、α、β为与充填层有关的待定常数；
4.根据权利要求3所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，其特征在于，还包括：
5.一种板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估系统，其特征在于，应用如权利要求1至4中任一项所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，包括：
6.根据权利要求5所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估系统，其特征在于，所述模型构建模块具体用于：
7.根据权利要求6所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估系统，其特征在于，所述荷载-温度疲劳寿命预测模型为ln N＝α
8.根据权利要求7所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估系统，其特征在于，所述模型构建模块还用于：
...【技术特征摘要】
1.一种板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，其特征在于，所述根据所述服役寿命影响因素构建与所述疲劳寿命模拟试验对应的寿命预测模型的具体过程包括：
3.根据权利要求2所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，其特征在于，所述荷载-温度疲劳寿命预测模型为ln n＝αs+βt+c，其中，s为应力水平，n为疲劳作用次数，t为温度，c、α、β为与充填层有关的待定常数；
4.根据权利要求3所述的板式无砟轨道充填层的服役寿命预测评估方法，其特征在于，还包括：
5.一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑新国，刘竞，窦东斌，李书明，靳昊，蔡德钩，董武，涂英辉，刘相会，张驰，梁晨，郁培云，张旭，魏少伟，杨轶科，王有能，詹登辉，洪剑，潘永健，李金春，牛魁雄，郭超，邓青山，杨晶超，张永朝，周骏，李洪福，王海波，饶云兵，胡家林，陈颜，柴金川，冯国玖，何庆，王万财，丁威，王珊，李金辉，何哲明，孙润峰，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：
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