基于惯性的轨道平顺性动态弦测法研究

高速铁路轨道平顺性直接影响列车运行安全性及舒适性,而弦测法则是指导轨道高低、轨向不平顺养护维修的直接方法,其结果可直观指导轨道精调。针对静态弦测法效率低、工作量大及动态惯性基准法难以在现场直观找到测量基准的问题,提出基于惯性的轨道平顺性动态弦测法。首先,基于惯性测量方法构建轨道平顺性动态短弦弦测值,通过矩阵推演动态长弦弦测值,并在国内主流GJ-6型轨道检测系统上实现应用;然后,分析动态弦测法误差来源,提出误差标准差计算式,得出动态弦测法误差标准差随基本弦长倍数成1.5次方增加;最后,通过轨道检测综合试验标定台模拟轨道不平顺激励验证10和20 m动态弦测值的稳定性。结果表明:10和20 m动态弦测值与等波长空间曲线幅值的平均倍比关系分别为2.007和2.045,符合中点弦测特性,可为轨道动静态检测关联分析提供理论及试验基础。

高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺设计控制参数研究

我国现行高速铁路设计、验收规范中,采用300 m基线150 m矢距差法对轨道长波不平顺性进行评价。对于大跨度桥梁,受温度变化、混凝土收缩徐变等多种因素影响,桥上轨道线形随温度变化而发生动态变化,仍沿用规范的评价方法,难以与桥梁固有变形特性相适应。通过分析我国现行高速列车敏感波长,结合多座大桥运营监测结果及不同弦长的有效测量范围,确定选用60 m中点弦测法评价大跨桥梁轨道长波不平顺性;通过仿真及实测手段,得到列车速度为250、300、350 km/h时60 m中点弦测法平顺性控制限值。多座高速铁路大跨度桥梁工程实践表明,60 m中点弦测法适用性较好,可供今后高速铁路大跨度桥梁设计、验收参考。

千米级铁路悬索桥轨道不平顺管理方法研究

轨道不平顺是线路服役状态的最直接表征,一直以来都是线路养修部门的重点管理内容。为了满足铁路沿线复杂的地理形势,我国修建了主跨超千米的公铁两用桥,但现行轨道几何形位评价方法多是针对路基或跨度较小的铁路桥梁区段来制定的,是否适用于千米级铁路悬索桥梁需要进一步讨论。为验证其适用性,将华东区某千米级铁路悬索桥实测的轨道静态不平顺作为样本来源,给出了矢距差法与中点弦测法算法,对高低和轨向不平顺进行计算,分析其矢高弦长的状态变化规律,讨论了特殊部位的轨道不平顺状态特征规律。结果表明:千米级铁路悬索桥的轨道动态平顺性状态良好,现有的TQI法适用于其轨道动态平顺性管理;对于轨道静态平顺性的评价,矢距差法得到的高低不平顺幅值远大于10mm,超限占比55%以上,因此矢距差法的管理阈值不适用高低不平顺,主要原因在于复杂服役环境作用下千米级桥梁自身竖向变形大所致;选取10m、30m和60m弦中点弦测法得到的千米级铁路悬索桥轨道静态不平顺幅值,满足95%以上的置信区间,可以满足轨道不平顺管理的需要。

高速铁路跨度250 m级连续刚构桥长波不平顺控制研究

连续刚构桥随着跨度增加,其收缩徐变、温度等引起的桥面变形随之增加,导致轨道长波不平顺加剧,进而可能对列车走行性产生不利影响。以一座试设计主跨250 m高速铁路连续刚构桥为研究对象,建立有限元模型,依据规范检算桥梁的强度和刚度,同时计算由于混凝土收缩徐变、温度效应等引起的桥面附加变形。采用“车-线-桥”动力仿真软件分析由于桥面附加变形导致的轨道长波不平顺对列车动力响应的影响。选用中点弦测法作为评价指标,通过相关性分析选出最优弦测长度,最后计算出最优弦长下连续刚构的桥面变形和等效不平顺限值。研究结果表明:横、竖向桥面附加变形均出现在桥梁的跨中截面;当附加变形增加到1.9倍,列车以速度350 km/h通过连续刚构时,车辆的竖向加速度首先达到限值1.3 m/s^(2);采用弦长为60 m的中点弦测法与车辆响应匹配性最好,适用于评价连续刚构的长波不平顺;连续刚构的桥面附加变形和等效不平顺60 m弦中点弦测值分别为7.2 mm和14.5 mm,对应限值建议分别为7 mm和14 mm。

铁路轨道检查仪轨向与高低检测单元检定方法的研究

铁路轨道检查仪行业标准与国家计量检定规程中,明确规定轨向与高低检测单元的检定采用超高复现法,但轨向与高低复现值换算及示值误差计算方法不容易被理解。详细分析轨道检查仪轨向与高低检测单元检定采用的中点弦测法和轨迹法。基于轨迹法,给出了优化轨向与高低检定方法的建议:将轨向与高低复现值的定义统一到超高复现值,不与物理弦长进行换算,并采用相同的方法对专用块规量值溯源;统一规划和安排超高、轨向和高低等检定点,优化专用块规名义尺寸;轨向与高低示值最大允许误差要求维持不变。

基于长波平顺性的400 km·h^(-1)高速铁路连续梁桥徐变变形控制

基于实测轨道平顺性数据,采用车辆-轨道耦合动力仿真方法,综合考虑温度变化、列车荷载、徐变和沉降等因素的影响,进行400 km·h^(-1)高速铁路连续梁桥徐变变形控制研究。结果表明:400 km·h^(-1)高速列车车体垂向敏感波长为163 m,横向敏感波长为227 m;为保证轨道高低不平顺与车体垂向加速度的适应性,采用60 m中点弦测值控制轨道长波平顺性;车体垂向加速度与轨道高低不平顺之间呈线性相关;徐变与沉降为控制连续梁桥轨道长波平顺性的主要因素,支座位置处长波平顺性较差;400 km·h^(-1)连续梁桥桥上线路允许桥梁自身总变形引起的车体垂向加速度阈值为0.822 m·s^(-2),400 km·h^(-1)主跨不大于百米连续梁桥徐变变形阈值宜设为9.5 mm。

大跨度铁路桥梁变形控制标准研究

为保证大跨度桥梁运行的安全性与旅客乘坐的舒适性,动力性能分析时应考虑风、温度、徐变、沉降等环境变形的影响。确定运营阶段多种荷载组合状态下的变形控制标准时,不能将现行设计规范中单独给定的变形限值直接叠加,而应对这些变形的总量值进行控制。本文按照发生概率、作用时间以及桥梁变形特点,对运营阶段桥梁承受的荷载及各类环境因素进行分组,并采用分级管理的原则对大跨度铁路桥梁在长期运营条件下的变形控制标准进行研究。最后以某大跨度斜拉悬吊桥梁为例,介绍动力性能评估与变形控制标准的工程应用。研究结果表明:对于不同荷载作用下的车辆响应,可分别采用车桥耦合动力分析与中点弦测法;采用中点弦测法对长波不平顺进行管理时,高速铁路与普速铁路的合理控制弦长分别为60、30 m;经过对多个典型路基区段轨道不平顺和车体加速度检测数据统计,并对轨道不平顺采用对应的弦长输出,可得到车体加速度与不平顺弦测输出的相关关系曲线,为动力性能评估提供一种简便的计算方法。研究成果给出不同的荷载组合及车辆响应建议限值,为设计阶段桥梁变形控制提供参考。

基于中点弦测法的中低速磁浮轨道不平顺误差研究

中低速磁浮轨道10 m弦测值作为评价轨道几何平顺性的标准时,由于弦测值在幅频范围内存在畸变并受基准线选取的影响而产生较大误差。本文推导了弦测法“以小推大”的传递函数,进一步定义了“以小推大”及其逆推算法的误差放大系数;分析了弦长、矩阵维度对误差积累特性的影响,结合传递函数分析不同波长对误差的敏感性差异,并通过数值模拟进行验证。结果表明:“以小推大”算法及其逆推算法在传递函数为0的波长范围内误差积累较严重,轨道不平顺功率谱密度出现阶跃信号;随着矩阵维度的增加,“以小推大”逆推算法的误差快速积累,推得的小弦长越小则误差积累越小。应用“以小推大”算法时应减小大小弦长比值;对于“以小推大”逆推算法,要减小采样步长、可换算最小弦长以及矩阵维度。

400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准研究

大跨度铁路桥梁在复杂环境下的大变形特点使得矢距差法不再适用于桥上轨道线形验收工作。为了解决400 km/h大跨度铁路桥梁轨道长波不平顺验收难题,首先根据成渝中线2座大跨度铁路桥梁特征,分析裕溪河特大桥与赣江特大桥对车体加速度的影响特征及综合检测列车的敏感波长,结合现有标准给出基于中点弦测法的桥上轨道静态验收策略。然后依据车辆—轨道耦合动力学理论,构建车辆多刚体模型和CRTSⅢ板式无砟轨道有限元模型,系统开展构造余弦波不平顺和实测不平顺作为轮轨激励条件下的动力仿真计算,并考虑桥上纵断面的影响,基于车体振动加速度和舒适性指标给出了400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准。最后通过裕溪河特大桥轨道静动态不平顺和中国高速铁路无砟轨道谱进行了验证。研究结果表明:1) CR450AF列车在400 km/h下车体沉浮运动的敏感波长为163 m,建议400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺采用60 m中点弦测法进行评价;2)桥上轨道静态高低长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于6 mm,轨向长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于4 mm;3)大跨度桥上轨道静态长波轨向较容易满足验收标准,而轨道高程偏差有可能因为包含有桥梁温度变形而超限,因此,400 km/h高速铁路大跨度桥梁需严格控制温度变形。

基于大跨度桥梁变形的桥上车体振动加速度简化分析方法

在分析桥梁变形与轨道变形的映射关系基础上,从轨道平顺性与车体振动加速度的相关关系出发,确定高速铁路轨道长波不平顺采用60 m中点弦测值评价且有效管理截止波长为200 m,通过实测数据的统计分析建立轨道不平顺60 m中点弦测值与车体振动加速度的关系式,据此提出在荷载组合作用下高速铁路大跨度桥梁上车体振动加速度简化分析方法。分析荷载组合下大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度时,对于设计阶段,将荷载组合下的桥梁理论变形曲线经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值;对于建成阶段,将桥上实测轨道不平顺消除轨道自身随机不平顺后的轨道线形作为桥梁变形曲线,再经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值,并代入其与车体振动加速度的关系式,得到桥梁变形引起的车体振动加速度。以某长江大桥为例对该方法进行验证。结果表明:采用该方法和车辆-轨道耦合分析方法得到的大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度分别为0.39和0.35 m·s^(-2),基本一致,验证了该方法在大跨度桥梁上的适用性,以及对大跨度桥梁长波不平顺进行200 m高通滤波的必要性与合理性。

基于中点弦测法的车载式车轮不圆度测量

列车车轮不圆度是影响列车运行平稳性的重要因素,目前静态检测设备均需抬轮的准备工作,极大降低了检测效率,接触式传感器测量易发生损耗,导致测量发生误差,为提高检测效率以及避免检测误差,采用中点弦测法结合逆滤波器实现对车轮不圆度的车载式测量。检测时列车以低速运行,通过激光位移传感器实现非接触式测量,并同时利用3个激光位移传感器的具体位置关系和测量值得到弦测值作为逆滤波器的输入,构造逆滤波器的频率响应函数使一定波长范围内的不圆度数据得到还原,最后再构造低通滤波器以及进行离散傅里叶变换该车轮各个阶次多边形磨耗的粗糙度等级。通过实验测量数据验证,采用中点弦测法测得的车轮不圆度数据与真实不圆度数值的误差较小,可以实现车轮不圆度数据的车载式测量,各个阶次的粗糙度等级也可反映被测车轮目前的磨损状态。

基于多弦模型的轨道短波不平顺测量研究

弦测是目前铁道工务中对钢轨不平顺检查广泛使用的一种手段,但理论上的缺陷制约了其对较短波长的响应。在分析中点弦测法频域特性的基础上,提出了多弦测量理论及数据补偿方法。根据不平顺波段的不同找到合适的弦长组合避免了幅值增益为零;利用傅里叶变换在频域对测量结果进行补偿可得到原始值。数据仿真及实际线路测试结果表明,该方法能够准确的计算出轨道短波不平顺幅度,适合工程中的应用。

基于中点弦测法的轨道不平顺精确值数学模型研究

弦测法是测量轨道不平顺的一种基本方法,原理简单,使用方便,高效迅捷。传统观点是直接将弦测值作为轨道不平顺的近似描述,这会不可避免地因基准线变动而产生较大误差。针对该问题建立了一个描述中点弦测法本质的数学模型,分析了轨道不平顺与其弦测值之间的关系,构造了一种计算轨道不平顺精确值的迭代算法与快速算法,并采用数值仿真对弦测过程进行模拟。结果显示:迭代算法总体误差较小,传递函数较好,但由于迭代次数等原因会产生端点误差;快速算法以牺牲计算内存为代价能达到较高精度,绝对误差在1μm以内,传递函数效果极好,从而证明了所建立的数学模型的正确性与计算结果的精确性。

富春江特大桥轨道高低长波不平顺评估

现行规范中高速铁路轨道静态长波不平顺采用300 m基线长矢距差法评估,其限值为10 mm。由于温度荷载、二期恒载和徐变等多种因素的影响,跨度200 m以上桥梁的垂向变形较大,轨道静态长波不平顺难以满足规范要求,现行规范的矢距差法已不能适应大跨度桥梁及轨道技术发展的需求,采用适用大跨度桥梁的轨道静态长波不平顺评估方法非常必要。针对湖杭铁路富春江特大桥(30+46+300+97+62.395) m高低塔钢混组合梁斜拉桥,选取桥梁理论变形、实测线形以及实测线形+升温/降温最不利工况变形,对无砟轨道静态长波不平顺采用300 m基线失距差法和60 m弦中点弦测法进行评估,大桥的理论线形和实测线形静态长波高低不平顺300 m基线最大测量值分别为69.07 mm和63.56 mm,60 m弦最大测量值分别为6.73 mm和6.56 mm。研究结果表明:该桥理论线形、实测线形的300 m基线长高低不平顺均不满足10 mm限值要求;60 m弦中点弦测法高低不平顺能满足7 mm限值要求。富春江特大桥静态长波不平顺静态验收,可采用60 m弦长中点弦测法测量,限值取7 mm,为主跨200 m以上的大跨度桥无砟轨道高低静态长波不平顺验收和管理提供了理论支撑。

二次曲线中点弦存在性定理的证明

二次曲线中点弦存在性问题的探讨,对二次曲线的研究有着及其重要的意义。文章利用射影几何方法及配极原理给出二次曲线中点弦存在性定理的证明。

基于奇异峰态的钢轨踏面损伤弦测特征辨识

根据钢轨踏面非周期性损伤具有奇异性,分析了其中点弦测法的响应特征,提出多弦理论下的损伤辨识方法:选取合适的弦长组合可在抑制轨道不平顺弦测幅值增益的同时放大钢轨踏面损伤幅度,再利用奇异值分解将测量数据进行分离后,对包含有钢轨踏面损伤奇异特征的分量求滑动峰态序列,得到损伤的精确位置。理论仿真和实际线路测试表明,该方法仅利用轨道弦测数据就能提取被淹没的钢轨踏面损伤信息,适合在实际铁路工务中应用。

高速铁路轨道静态几何不平顺弦测评价标准体系研究

针对轨道几何不平顺检测中静态弦测标准体系不完善及动态、静态两种检测体系之间的关联关系不够清晰等问题,以高速动车组运行的安全性和舒适性波长范围为前提,在已有10 m弦、60 m弦中点弦测法评价标准的基础上,运用弦长传递函数,结合动力学仿真,增加了20 m弦长检测管理值,形成了10 m弦、20 m弦、60 m弦轨道几何不平顺静态弦测标准体系,并在实际高速铁路线路中进行试用。结果表明,该体系能够准确地控制高速铁路轨道不平顺,可以更好地指导养护维修。

运营期高速铁路轨道长波不平顺静态测量方法及控制标准

现有高速铁路轨道长波不平顺静态检测主要采用矢距差法或简化矢距差法,存在与检测起点相关、含有里程相位差、基础变形时检测幅值偏大、与车体振动加速度匹配性较差等缺点。利用中点弦测法对轨道长波不平顺进行静态检测,通过对中点弦测法不同测弦长度有效测量波长范围和列车敏感波长分析,采用60 m测弦长度的中点弦测法最适合时速300~350 km运营期高速铁路;利用车辆-轨道动力学仿真分析和最小二乘法拟合相结合方法,提出运营期高速铁路300及350 km·h^-1速度下的轨道长波高低不平顺控制标准,并进行实例验证。结果表明:60 m弦中点弦测法既可保证轨道长波不平顺检测的准确性,又能很好地体现车体振动响应;时速300 km运营期高速铁路轨道长波高低不平顺3级控制标准建议值分别为9,15,21 mm;时速350 km分别为7,11,15 mm。

一般二次曲线中点弦的一种求法

对“二次曲线中点弦所在的直线方程”给出了一种实施简单，便于记忆的求解方法．即为：

动静态轨道不平顺评价差异及动态弦测法特性

中点弦测法能够有效控制影响行车安全性和舒适性的指定波段轨道不平顺,主要用于测量轨道静态不平顺,但其较低的测量效率制约着轨道“状态修”的发展.针对上述问题,将轨道动态不平顺按中点弦测输出,分析动静态弦测值差异与弦长和不平顺波长的关联关系,提出能够评价轨道动态平顺性的动态弦测法,研究动态不平顺与静态不平顺间的映射关系.研究结果表明:42 m和70 m动态高通滤波幅值分别与10 m弦和20 m弦测值变化规律相当;当不平顺波长大于70 m时,120 m动态高通滤波幅值与40 m弦测值变化规律基本对应;截止波长为42、70、120 m的轨道动态不平顺,分别与弦长为20、30~40、30~60 m的动态弦测波形相关性最优,对应的动态弦测法最大合理弦长分别为20、30、40 m,通过路基和简支梁区段实测数据验证了动态弦测法的适应性;在路基沉降区段,弦长为60 m时,静态弦测值明显朝负方向偏离动态弦测值的处所为沉降点,相邻两侧朝正方向偏离动态弦测值的处所为沉降区段起终点.