[发明专利]一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法

说明书

本发明公开了一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法，包括以下步骤：收集并计算轮轨冲击荷载相应参数；根据时间关系得临界速度表达式及具体数值；判断列车速度是否大于临界速度；采用高速运行时推导的高频瞬态冲击力和中低频响应力修正公式进行计算；采用低速运行时推导的高频瞬态冲击力和中低频响应力修正公式进行计算。本发明以列车车轮在接头处存在的不连续性，深入研究重载列车经过凹陷型焊缝接头时冲击荷载，以单轮附有二系弹簧阻尼的动轮单元模型为研究对象，研究列车‑轨道耦合系统在钢轨焊缝处所产生冲击荷载的算法。

技术领域

本发明属于铁路轨道基础工程设计领域，具体涉及一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法。

背景技术

随着货车轴重和速度的提高，车辆与轨道的动态性能进一步恶化，尤其当大轴重货车通过钢轨焊接接头不平顺区域时，会加剧轮轨相互作用，恶化轨道条件，造成线路几何和刚度不平顺及钢轨伤损。

为减少轨面波浪形磨耗产生的振动荷载对轨道和周边环境的影响，铁路维护部门多采用轨道打磨车对轨道结构进行打磨，不但保证了轨道结构上轨面平整程度，同时消除了无缝钢轨接头处焊接完成后形成的凸起性焊缝接头。

然而，现有的打磨措施对钢轨焊缝区域出现较为明显的鞍型磨耗的作用不大。若列车运行速度达到某一临界速度时，车轮经过该区域时便会产生与轨道短暂分离现象，当车轮再次与轨道接触时就会产生数倍于轮载的冲击荷载，再加上长编组、高密度的重载列车运行期间产生频繁的冲击荷载严重弱化了服役期间轨道结构的安全性和可靠性，也加剧了轮轨结构的损伤程度，对重载列车的安全运行产生巨大的潜在威胁，严重的甚至会导致列车脱轨倾覆，给铁路运输和经济带来巨大的经济损失。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法。

本发明的技术方案是：一种适用于无缝钢轨凹型焊缝处的冲击荷载计算方法，包括以下步骤：

ⅰ.收集并计算轮轨冲击荷载相应参数

建立列车和轨道的垂向模型，获取轮轨冲击荷载的相关参数；

ⅱ.根据时间关系得临界速度表达式及具体数值

根据时间关系，得到临界速度表达式，结合轮轨冲击荷载的相关参数，得到临界速度；

ⅲ.判断列车速度是否大于临界速度

根据临界速度对列车速度进行判定，大于临界速度为高速运行，小于临界速度为低速运行；

ⅳ.采用高速运行时推导的高频瞬态冲击力和中低频响应力修正公式进行计算

建立高速运行时的力学模型，得到高速运行时的冲击速度并得到修正后冲击力计算公式；

ⅴ.采用低速运行时推导的高频瞬态冲击力和中低频响应力修正公式进行计算

建立低速运行时的力学模型，得到低速运行时的冲击速度并得到修正后冲击力计算公式。

更进一步的，步骤ⅰ中重载的列车简化为一个二系弹簧质量体系模型。

更进一步的，步骤ⅰ中考虑到列车和轨道模型的对称性，取一半结构进行动力分析。

更进一步的，步骤ⅰ中忽略列车蛇形运动等产生的横向振动荷载，只考虑轮轨系统的垂向振动效应。

更进一步的，步骤ⅰ中钢轨为Winkler弹性地基梁基础上的Euler梁模型。

更进一步的，步骤ⅱ中由时间关系可得临界速度表达式为：

更进一步的，步骤ⅳ中高速运行时的冲击速度和修正后冲击力计算公式具体如下：