一種重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體應(yīng)力的獲得方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種重載鐵路隧道道床兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的獲得方法。包括獲得重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，并獲得溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上、下端橫向荷載q1、q2與軸重的曲線函數(shù)，獲得溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)應(yīng)力。本發(fā)現(xiàn)采用現(xiàn)場試驗、數(shù)據(jù)采集分析和力學(xué)模型，公開了適用于不同型式的重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)應(yīng)力的獲得方法，該方法根據(jù)相關(guān)規(guī)范充分反映了重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)的受力性能。本發(fā)明專利技術(shù)提供了目前兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體應(yīng)力的獲得方法，對重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽的設(shè)計和安全驗算提供了科學(xué)依據(jù)，最大可能地實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、合理、高效。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于鐵路工程設(shè)計
，尤其屬于重載鐵路隧道設(shè)計
，特別涉及重載鐵路隧道道床兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的獲得方法。
技術(shù)介紹
世界范圍內(nèi)的貨物列車重載運(yùn)輸技術(shù)發(fā)展十分迅速，重載鐵路隧道中各結(jié)構(gòu)部位受到重載列車荷載作用影響成為重載鐵路隧道設(shè)計的關(guān)鍵。因此重載鐵路隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化逐漸受到相關(guān)研究學(xué)者、設(shè)計人員及施工人員的高度重視。在重載鐵路隧道底部結(jié)構(gòu)中，兩側(cè)溝槽或水溝結(jié)構(gòu)體位于道床兩側(cè)，在重載列車長時間大軸重的影響下，其結(jié)構(gòu)易受到較大的橫向荷載作用而出現(xiàn)外擠發(fā)生破壞，造成兩側(cè)溝槽內(nèi)部線路破損，或水溝損壞，而隧道道床兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的獲得是并通過等效簡化模型來計算驗證其結(jié)構(gòu)受力安全性成為隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。根據(jù)國際重載運(yùn)輸協(xié)會(InternationalHeavyHaulAssociation，IHHA)2005年修訂的重載鐵路標(biāo)準(zhǔn)，滿足以下三條標(biāo)準(zhǔn)中的至少兩條才能稱為重載鐵路，即：1)重載列車牽引重量至少達(dá)到8000t；2)軸重(或計劃軸重)為27t及以上；3)在至少150km線路區(qū)段上年運(yùn)量超過4000萬t。目前，國內(nèi)外相關(guān)研究學(xué)者研究的重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計及其應(yīng)力獲得、計算模型主要基于經(jīng)驗和普通鐵路隧道結(jié)構(gòu)，對于重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)計算模型研究較少，且我國重載鐵路設(shè)計規(guī)范尚未正式頒布實施，重載鐵路隧道相關(guān)規(guī)范仍處于編制階段。這對重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計造成了較大的困難，對其合理結(jié)構(gòu)型式設(shè)計、服役期的應(yīng)力合理性和安全可靠性將產(chǎn)生重大影響。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足公開了一種重載鐵路隧道道床兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的獲得方法。本專利技術(shù)要解決的問題是提供一種重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)的應(yīng)力獲得方法，以獲得其等效的簡化模型，保證重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)應(yīng)力荷載更合理和安全。本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體應(yīng)力的獲得方法；其特征在于包括以下步驟：步驟一、獲得重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，至少包括溝槽截面尺寸，重載列車的時速和軸重參數(shù)；步驟二、獲得溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上、下端橫向荷載q1、q2與軸重的曲線函數(shù)：q1＝86.622ln(P)-256.24(A)q2＝123.36ln(P)-356.54(B)步驟三、獲得溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)應(yīng)力：σx＝2x3y(q2-q1)/hb3+6x2yq1/b3-4xy3(q2-q1)/hb3+3xy(q2-q1)/5bh-4q1y3/b3+3q1y/5b-ρgx(C)其中，σx為結(jié)構(gòu)豎向應(yīng)力，單位kPa；x為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離左右表面的橫向距離，單位m；y為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離上表面的豎向距離，單位m；q1為結(jié)構(gòu)受力側(cè)上端受到的橫向荷載，單位kPa；q2為結(jié)構(gòu)受力側(cè)下端受到的橫向荷載，單位kPa；b為結(jié)構(gòu)厚度，單位m；h為結(jié)構(gòu)高度，單位m；ρ為結(jié)構(gòu)密度，單位kg/m3；g為重力加速度，9.8N/kg；P為重載列車軸重，單位t。所述溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上、下端橫向荷載q1、q2與軸重的曲線函數(shù)是在溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上、下端分別埋設(shè)一個光纖光柵土壓力傳感器，記錄分析不同軸重下波長并確定作用在溝槽結(jié)構(gòu)表面上的荷載如表1，利用最小二乘法對荷載與軸重進(jìn)行非線性擬合得到。軸重(t)q1(kPa)q2(kPa)2522.09240.3092730.11550.3863038.01962.857所述不同軸重列車的作用可以采用現(xiàn)場動力試驗進(jìn)行模擬，也可以采用通過不同軸重的試驗列車進(jìn)行獲得。所述溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上、下端橫向荷載q1、q2也可以通過振弦式傳感器，則選用頻率讀數(shù)儀對其頻率進(jìn)行讀取記錄；根據(jù)頻率與接觸壓力計算得到作用在溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上、下端的橫向荷載。所述溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上、下端橫向荷載q1、q2或采用大型有限元仿真計算軟件ANSYS，建立溝槽結(jié)構(gòu)-道床結(jié)構(gòu)計算模型，計算分析得到作用在溝槽結(jié)構(gòu)表面的荷載。本專利技術(shù)根據(jù)隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)只有單側(cè)受力，將其簡化為懸臂梁結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)力計算確定其軸力彎矩和安全系數(shù)。本專利技術(shù)還可以用于根據(jù)獲得的隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)系數(shù)，按照《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003-2005)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)安全系數(shù)要求對隧道溝槽結(jié)構(gòu)的受力安全進(jìn)行評價，為重載鐵路隧道兩側(cè)電纜槽或水溝結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供依據(jù)。本專利技術(shù)的有益效果，本發(fā)現(xiàn)采用現(xiàn)場試驗、數(shù)據(jù)采集分析和力學(xué)模型，公開了適用于不同型式的重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)應(yīng)力的獲得方法，該獲得方法根據(jù)相關(guān)規(guī)范充分反映了重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)的受力性能。本專利技術(shù)提供了目前兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體應(yīng)力的獲得方法，對重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽的設(shè)計和安全驗算提供了科學(xué)依據(jù)，最大可能地實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、合理、高效。附圖說明圖1是重載鐵路隧道一側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1是溝槽結(jié)構(gòu)，2是道床結(jié)構(gòu)；圖2是溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)簡化模型；圖中，簡化模型表示為懸臂梁結(jié)構(gòu)模型，單側(cè)受到列車的橫向荷載作用，上端橫向荷載q1，下端橫向荷載q2，x為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離中心位置的橫向距離，單位m；y為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離上表面的豎向距離，單位m；圖3是溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)光纖光柵土壓力傳感器埋設(shè)位置；圖中，11是溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上端，12是溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)下端；圖4是兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)上端作用荷載q1與軸重的變化曲線；圖中，橫坐標(biāo)x是軸重，單位：t；縱坐標(biāo)y是列車作用荷載增量，單位：kPa；圖5是兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)下端作用荷載q2與軸重的變化曲線；圖中，橫坐標(biāo)x是軸重，單位：t；縱坐標(biāo)y是列車作用荷載增量，單位：kPa。具體實施方式下面通過實施例對本專利技術(shù)進(jìn)行具體的描述，本實施例只用于對本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但不能理解為對本專利技術(shù)保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本專利技術(shù)的內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整也屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。結(jié)合圖1至圖3。本專利技術(shù)重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體應(yīng)力的獲得方法；包括以下方法步驟：步驟一、獲得重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，至少包括截面尺寸，重載列車的時速和軸重參數(shù)。步驟二、根據(jù)兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)實際尺寸，獲得兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)簡化后的受力側(cè)懸臂梁計算模型，h為懸臂梁計算模型高度，單位m，b為懸臂梁計算模型厚度，單位m。步驟三、確定道床結(jié)構(gòu)施加在重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)單側(cè)上的橫向作用力；q1為上層橫向荷載，單位kPa，q1為下層橫向荷載，單位kPa。獲得溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上、下端橫向荷載q1、q2與軸重的曲線函數(shù)：q1＝86.622ln(P)-256.24q2＝123.36ln(P)-356.54其中，q1為結(jié)構(gòu)受力側(cè)上端受到的橫向荷載，單位kPa；q2為結(jié)構(gòu)受力側(cè)下端受到的橫向荷載，單位kPa；P為重載列車軸重，單位t。步驟四、根據(jù)彈性力學(xué)圣維南定理，計算得出兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布計算式：σx＝2x3y(q2-q1)/hb3+6x2yq1/b3-4xy3(q2-q1)/hb3+3xy(q2-q1)/5bh-4q1y3/b3+3q1y/5b-ρgx其中，σx為結(jié)構(gòu)豎向應(yīng)力，單位kPa；x為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離左右表面的橫向距離，單位m；y為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離上表面的豎向距離，單位m；q1為兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上端受到的橫向荷載，單位kPa；q2為兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)下端受到的橫向荷載，單位kPa；b為兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)厚度，單位m；h為兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)高度，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體應(yīng)力的獲得方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一、獲得重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，至少包括溝槽截面尺寸，重載列車的時速和軸重參數(shù)；步驟二、獲得溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上端橫向荷載q1、下端橫向荷載q2與軸重的曲線函數(shù)：q1＝86.622ln(P)?256.24??(A)q2＝123.36ln(P)?356.54??(B)步驟三、獲得溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)應(yīng)力：σx＝2x3y(q2?q1)/hb3+6x2yq1/b3?4xy3(q2?q1)/hb3+3xy(q2?q1)/5bh?4q1y3/b3+3q1y/5b?ρgx??(C)其中，σx為結(jié)構(gòu)豎向應(yīng)力，單位kPa；x為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離左右表面的橫向距離，單位m；y為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離上表面的豎向距離，單位m；q1為結(jié)構(gòu)受力側(cè)上端受到的橫向荷載，單位kPa；q2為結(jié)構(gòu)受力側(cè)下端受到的橫向荷載，單位kPa；b為結(jié)構(gòu)厚度，單位m；h為結(jié)構(gòu)高度，單位m；ρ為結(jié)構(gòu)密度，單位kg/m3；g為重力加速度，9.8N/kg；P為重載列車軸重，單位t。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)體應(yīng)力的獲得方法，其特征在于包括以下步驟：步驟一、獲得重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，至少包括溝槽截面尺寸，重載列車的時速和軸重參數(shù)；步驟二、獲得溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)上端橫向荷載q1、下端橫向荷載q2與軸重的曲線函數(shù)：q1＝86.622ln(P)-256.24(A)q2＝123.36ln(P)-356.54(B)步驟三、獲得溝槽結(jié)構(gòu)受力側(cè)應(yīng)力：σx＝2x3y(q2-q1)/hb3+6x2yq1/b3-4xy3(q2-q1)/hb3+3xy(q2-q1)/5bh-4q1y3/b3+3q1y/5b-ρgx(C)其中，σx為結(jié)構(gòu)豎向應(yīng)力，單位kPa；x為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離左右表面的橫向距離，單位m；y為結(jié)構(gòu)內(nèi)部距離上表面的豎向距離，單位m；q1為結(jié)構(gòu)受力側(cè)上端受到的橫向荷載，單位kPa；q2為結(jié)構(gòu)受力側(cè)下端受到的橫向荷載，單位kPa；b為結(jié)構(gòu)厚度，單位m；h為結(jié)構(gòu)高度，單位m；ρ為結(jié)構(gòu)密度，單位kg/m3；g為重力加速度，9.8N/kg；P為重載列車軸重，單位t。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重載鐵路隧道兩側(cè)溝槽...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王明年，李自強(qiáng)，于麗，倪光斌，劉大剛，趙勇，唐國榮，林傳年，華陽，
申請(專利權(quán))人：西南交通大學(xué)，中國鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院，中國鐵路總公司，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51