[发明专利]一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤预测方法

说明书

本发明公开了一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤预测方法，属于轨道混凝土疲劳损伤预测领域，本发明基于连续损伤力学理论边界面概念，将高速铁路无砟轨道混凝土看作各向异性损伤材料，充分考虑无砟轨道混凝土结构在服役过程中承受的复杂应力状态，在主坐标系下引入拉压两个边界面和大小变化的极限断裂面，建立了高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤模型。

技术领域

本发明涉及轨道混凝土疲劳损伤预测领域，尤其涉及一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤预测方法。

背景技术

目前，我国在300km/h及以上客运专线铁路上普遍采用无砟轨道技术。由于无砟轨道已经松散的道砟换成了刚度巨大的钢筋混凝土材料，使得无砟轨道结构对路基的变形和刚度极其敏感。列车的高速运行对轨道结构和路基土体的动力性能提出了很高的要求。列车速度的提高，导致轨道结构的振动加剧，尤其当列车速度接近土体的临界波速时，土体的动力响应急剧增加。列车速度的提高，导致路基内部动应力的影响范围变大，使得路基的不均匀沉降变大，进而引起轨道的不平顺，加剧了车轨的动力相互作用。路基变形的控制已经达到了亚厘米—毫米级，如：无砟轨道路基的工后零沉降理论、一般路基工后沉降不大于15mm、路基与其它结构交界处的差异沉降不大于5mm等，这些技术标准和工程问题已经超出了目前国际上对岩土材料极其构筑物工程特性的认识水平。

目前缺少一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤预测方法，来辅助轨道的维修。

发明内容

本发明为解决上述问题，而提出的一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤预测方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤预测方法，包括以下步骤：

S1、根据在应变能释放率空间提出的加载面、边界面和极限裂面概念，建立损伤增量矢量的概率模型：

S2、根据S1中的概率模型建立目标函数，目标函数为整个损伤体系中的最小期望使用年限，约束条件为整个损伤体系对加载面、边界面和极限裂面的最大使用损伤极限；

目标函数：

约束条件：

其中，决策变量为载荷量；

则加载面损伤增量如：S_k＝{S_k|k＝1,2KK}；

边界面损伤增量如：S_ik＝{S_ik|1≤i≤I,1≤k≤K}；

极限裂面损伤增量如：S_ijk＝{S_ijk|1≤i≤I,1≤j≤J,1≤k≤K}；

其中I，J，K分别为加载面、边界面和极限裂面面积；

S3、S2中的模型为线性约束的非线性规划问题，采用多种群遗传算法及其优化算法对S2中的模型进行求解；首先创建多个种群数目的初始种群，根据变量数量以及变量范围设置译码矩阵，并初始化种群；

S4、设置每个种群的交叉概率和变异概率都不一样，通过随机函数进行获取，记录总的进化代数；设置变量keepgen初始值为0，用

来记录当前最优解保持代数，MAXGEN为最有个体最少保持代数值设置为15，根据适应度函数设置一个较大值为最优值，用来记录进化过程的最优解；

S5、计算出各初始种群个体的目标函数值，设置MinObjV记录精华种群，MinSpecies记录精华种群的编码，初始值均为0的矩阵；

S6、计算各个种群适应度，选择、交叉、变异和重插入操作均采用遗传算法工具箱中的函数select，recombin，mut，reins；