高铁桥梁行车安全评估方法及装置与流程

本发明属于交通工程技术领域，具体而言，涉及一种高铁桥梁行车安全评估方法及装置。

背景技术

我国高速铁路目前已由大规模建造阶段进入到长期运营阶段，该阶段面临的重大问题是如何高效维护和管理已有庞大规模的高速铁路基础结构，使其能够长期安全、稳定地运营。桥梁结构作为高速铁路重要的基础结构形式，在已建高速铁路线路中占有很大比例。数量巨大的“以桥代路”式高速铁路中很多线路都位于深厚软土地质区，在列车荷载的长期作用下软土地基会产生较大的附加沉降，因此位于这些软土地质区域的高速铁路桥梁结构在运营过程中沉降。因为桥梁轨道的变形，使列车的行车安全存在一定的隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，第一方面，本发明实施例的目的在于提供一种高铁桥梁行车安全评估方法，所述方法包括：将一桥梁的多个桥梁变形样本输入预设的解析模型，获得与所述多个桥梁变形样本中每一个桥梁变形样本一一对应的多个钢轨附加变形样本；所述钢轨铺设在所述桥梁表面；将所述多个钢轨附加变形样本和一轨道列车的多个行驶速度样本输入预设的模拟模型，得出对应的多个行驶状态；其中，所述多个钢轨附加变形样本中的每一个钢轨附加变形样本与所述多个行驶速度样本中的每一个行驶速度样本一一配对得出所述多个行驶状态中的每一个行驶状态；根据所述多个行驶状态，得出能保证所述轨道列车正常行驶时的桥梁变形极限样本。

进一步的，所述的将一桥梁的多个桥梁变形样本输入预设的解析模型，获得与所述多个桥梁变形样本中每一个桥梁变形样本一一对应的多个钢轨附加变形样本，包括：根据所述多个桥梁变形样本，得到与所述多个桥梁变形样本一一对应的多个扣件形变力；所述扣件为所述桥梁和所述钢轨之间的弹簧连接组件；根据所述多个扣件形变力，得到与所述多个扣件形变力一一对应的多个钢轨附加变形样本。

进一步的，所述的根据所述多个桥梁变形样本，得到与所述多个桥梁变形样本一一对应的多个扣件形变力，计算如下：设[p]为扣件竖向力矩，则

[p]＝kfy([i]+kfy[l]-kfy[d])^-1[r]

其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度，[l]为钢轨竖向变形的扣件力影响矩阵，[i]为sum×sum阶的单位矩阵，[d]为轨道板竖向变形的扣件力影响矩阵，[r]为桥梁结构竖向变形影响矩阵。

进一步的，所述的根据所述多个扣件形变力，得到与所述多个扣件形变力一一对应的多个钢轨附加变形样本，计算如下：设sum个扣件位置处的钢轨竖向变形值为yrt(xr)，则

其中，lt≤xr<lt+1，t＝1,2,…,sum；yrt为第t个扣件位置处的钢轨变形；xr为钢轨位于整体坐标系的纵向坐标值；φr0为xr＝0处的钢轨转角；eir为钢轨竖向抗弯刚度；qr0为xr＝0处的钢轨剪力；lk为第k个扣件位于整体坐标系的纵向坐标值；pk为作用于钢轨上的扣件力，与作用于轨道板上的扣件力方向相反。

进一步的，所述的根据所述多个行驶状态，得出能保证所述轨道列车正常行驶时的桥梁变形极限样本，包括：选择出所述多个行驶状态中分别属于正常行驶和非正常行驶的一对相邻的行驶状态；选择所述一对相邻的行驶中为正常行驶的行驶状态所对应的桥梁变形样本为所述桥梁变形极限样本。

第二方面

本发明提供了一种高铁桥梁行车安全评估装置，包括：解析模块、第一运算模块和第二运算模块；所述解析模块，用于将一桥梁的多个桥梁变形样本输入预设的解析模型，获得与所述多个桥梁变形样本中每一个桥梁变形样本一一对应的多个钢轨附加变形样本；所述钢轨铺设在所述桥梁表面；所述第一运算模块，用于将所述多个钢轨附加变形样本和一轨道列车的多个行驶速度样本输入预设的模拟模型，得出对应的多个行驶状态；其中，所述多个钢轨附加变形样本中的每一个钢轨附加变形样本与所述多个行驶速度样本中的每一个行驶速度样本一一配对得出所述多个行驶状态中的每一个行驶状态；所述第二运算模块，用于根据所述多个行驶状态，得出能保证所述轨道列车正常行驶时的桥梁变形极限样本。

进一步的，所述解析模块包括：第一解析单元和第二解析单元；所述第一解析单元，用于根据所述多个桥梁变形样本，得到与所述多个桥梁变形样本一一对应的多个扣件形变力；所述扣件为所述桥梁和所述钢轨之间的弹簧连接组件；所述第二解析单元，用于根据所述多个扣件形变力，得到与所述多个扣件形变力一一对应的多个钢轨附加变形样本。

进一步的，所述第一解析单元的计算如下：

设[p]为扣件竖向力矩，则

[p]＝kfy([i]+kfy[l]-kfy[d])^-1[r]

其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度，[l]为钢轨竖向变形的扣件力影响矩阵，[i]为sum×sum阶的单位矩阵，[d]为轨道板竖向变形的扣件力影响矩阵，[r]为桥梁结构竖向变形影响矩阵。

进一步的，所述第二解析单元的计算如下：

设sum个扣件位置处的钢轨竖向变形值为yrt(xr)，则

其中，lt≤xr<lt+1，t＝1,2,…,sum；yrt为第t个扣件位置处的钢轨变形；xr为钢轨位于整体坐标系的纵向坐标值；φr0为xr＝0处的钢轨转角；eir为钢轨竖向抗弯刚度；qr0为xr＝0处的钢轨剪力；lk为第k个扣件位于整体坐标系的纵向坐标值；pk为作用于钢轨上的扣件力，与作用于轨道板上的扣件力方向相反。

进一步的，所述第二解析模块包括:第一选择单元和第二选择单元；所述第一选择单元，用于选择出所述多个行驶状态中分别属于正常行驶和非正常行驶的一对相邻的行驶状态；所述第二选择单元，用于选择所述一对相邻的行驶中为正常行驶的行驶状态所对应的桥梁变形样本为所述桥梁变形极限样本。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供了一种高铁桥梁行车安全评估方法，所述方法包括：将一桥梁的多个桥梁变形样本输入预设的解析模型，获得与所述多个桥梁变形样本中每一个桥梁变形样本一一对应的多个钢轨附加变形样本；所述钢轨铺设在所述桥梁表面；将所述多个钢轨附加变形样本和一轨道列车的多个行驶速度样本输入预设的模拟模型，得出对应的多个行驶状态；其中，所述多个钢轨附加变形样本中的每一个钢轨附加变形样本与所述多个行驶速度样本中的每一个行驶速度样本一一配对得出所述多个行驶状态中的每一个行驶状态；根据所述多个行驶状态，得出能保证所述轨道列车正常行驶时的桥梁变形极限样本。

通过对轨道桥梁的形变进行足量的推算，评测出能够保证轨道列车正常在轨道桥梁上行驶的极限情形。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第二实施例提供的一种高铁桥梁行车安全评估方法的流程图；

图2为本发明第三实施例提供的一种高铁桥梁行车安全评估装置的模块示意图；

图3为本发明第三实施例提供的一种高铁桥梁行车安全评估装置的解析模块的模块示意图；

图4为本发明第三实施例提供的一种高铁桥梁行车安全评估装置的第二运算模块的模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

第一实施例

本发明第一实施例提供了一个轨道桥梁10，所述轨道桥梁中，所述钢轨与所述桥梁件有扣件连接制成，所述扣件为多个弹簧组成。

第二实施例

请参照图1，本发明第二实施例提供的一种高铁桥梁行车安全评估方法，应用于轨道桥梁，所述方法包括：步骤s100、步骤s200和步骤s300。

步骤s100：将一桥梁的多个桥梁变形样本输入预设的解析模型，获得与所述多个桥梁变形样本中每一个桥梁变形样本一一对应的多个钢轨附加变形样本；所述钢轨铺设在所述桥梁表面。

步骤s200：将所述多个钢轨附加变形样本和一轨道列车的多个行驶速度样本输入预设的模拟模型，得出对应的多个行驶状态；其中，所述多个钢轨附加变形样本中的每一个钢轨附加变形样本与所述多个行驶速度样本中的每一个行驶速度样本一一配对得出所述多个行驶状态中的每一个行驶状态。

步骤s300：根据所述多个行驶状态，得出能保证所述轨道列车正常行驶时的桥梁变形极限样本。

在步骤s100中包括：步骤s110和步骤s120。

步骤s110：根据所述多个桥梁变形样本，得到与所述多个桥梁变形样本一一对应的多个扣件形变力；所述扣件为所述桥梁和所述钢轨之间的弹簧连接组件。

步骤s120：根据所述多个扣件形变力，得到与所述多个扣件形变力一一对应的多个钢轨附加变形样本。

对于步骤s110，计算步骤为：设[p]为扣件竖向力矩，则

[p]＝kfy([i]+kfy[l]-kfy[d])^-1[r]

其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度，[l]为钢轨竖向变形的扣件力影响矩阵，[i]为sum×sum阶的单位矩阵，[d]为轨道板竖向变形的扣件力影响矩阵，[r]为桥梁结构竖向变形影响矩阵。

对于步骤s120，计算步骤为：设sum个扣件位置处的钢轨竖向变形值为yrt(xr)，则

其中，lt≤xr<lt+1，t＝1,2,…,sum；

yrt为第t个扣件位置处的钢轨变形；

xr为钢轨位于整体坐标系的纵向坐标值；

φr0为xr＝0处的钢轨转角；

eir为钢轨竖向抗弯刚度；

qr0为xr＝0处的钢轨剪力；

lk为第k个扣件位于整体坐标系的纵向坐标值；

pk为作用于钢轨上的扣件力，与作用于轨道板上的扣件力方向相反。

其中，在步骤s300中，包括：步骤s310和步骤s320。

步骤s310：选择出所述多个行驶状态中分别属于正常行驶和非正常行驶的一对相邻的行驶状态。

步骤s320：选择所述一对相邻的行驶中为正常行驶的行驶状态所对应的桥梁变形样本为所述桥梁变形极限样本。

第三实施例

请参阅图2、图3和图4，本发明第三实施例提供了一种高铁桥梁行车安全评估装置100，包括：解析模块110、第一运算模块120和第二运算模块130；

所述解析模块110，用于将一桥梁的多个桥梁变形样本输入预设的解析模型，获得与所述多个桥梁变形样本中每一个桥梁变形样本一一对应的多个钢轨附加变形样本；所述钢轨铺设在所述桥梁表面；

所述第一运算模块120，用于将所述多个钢轨附加变形样本和一轨道列车的多个行驶速度样本输入预设的模拟模型，得出对应的多个行驶状态；其中，所述多个钢轨附加变形样本中的每一个钢轨附加变形样本与所述多个行驶速度样本中的每一个行驶速度样本一一配对得出所述多个行驶状态中的每一个行驶状态；

所述第二运算模块130，用于根据所述多个行驶状态，得出能保证所述轨道列车正常行驶时的桥梁变形极限样本。

所述解析模块110包括：第一解析单元111和第二解析单元112；

所述第一解析单元111，用于根据所述多个桥梁变形样本，得到与所述多个桥梁变形样本一一对应的多个扣件形变力；所述扣件为所述桥梁和所述钢轨之间的弹簧连接组件。

所述第二解析单元112，用于根据所述多个扣件形变力，得到与所述多个扣件形变力一一对应的多个钢轨附加变形样本。

所述第一解析单元111的计算如下：

设[p]为扣件竖向力矩，则

[p]＝kfy([i]+kfy[l]-kfy[d])^-1[r]

其中，kfy为扣件竖向弹簧刚度，[l]为钢轨竖向变形的扣件力影响矩阵，[i]为sum×sum阶的单位矩阵，[d]为轨道板竖向变形的扣件力影响矩阵，[r]为桥梁结构竖向变形影响矩阵。

所述第二解析单元112的计算如下：

设sum个扣件位置处的钢轨竖向变形值为yrt(xr)，则

其中，lt≤xr<lt+1，t＝1,2,…,sum；

yrt为第t个扣件位置处的钢轨变形；

xr为钢轨位于整体坐标系的纵向坐标值；

φr0为xr＝0处的钢轨转角；

eir为钢轨竖向抗弯刚度；

qr0为xr＝0处的钢轨剪力；

lk为第k个扣件位于整体坐标系的纵向坐标值；

pk为作用于钢轨上的扣件力，与作用于轨道板上的扣件力方向相反。

此外，所述第二运算模块130包括:第一选择单元131和第二选择单元132。

所述第一选择单元131，用于选择出所述多个行驶状态中分别属于正常行驶和非正常行驶的一对相邻的行驶状态。

所述第二选择单元132，用于选择所述一对相邻的行驶中为正常行驶的行驶状态所对应的桥梁变形样本为所述桥梁变形极限样本。

综上所述：

本发明实施例提供了一种高铁桥梁行车安全评估方法，所述方法包括：将一桥梁的多个桥梁变形样本输入预设的解析模型，获得与所述多个桥梁变形样本中每一个桥梁变形样本一一对应的多个钢轨附加变形样本；所述钢轨铺设在所述桥梁表面；将所述多个钢轨附加变形样本和一轨道列车的多个行驶速度样本输入预设的模拟模型，得出对应的多个行驶状态；其中，所述多个钢轨附加变形样本中的每一个钢轨附加变形样本与所述多个行驶速度样本中的每一个行驶速度样本一一配对得出所述多个行驶状态中的每一个行驶状态；根据所述多个行驶状态，得出能保证所述轨道列车正常行驶时的桥梁变形极限样本。

通过对轨道桥梁的形变进行足量的推算，评测出能够保证轨道列车正常在轨道桥梁上行驶的极限情形。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。