用于crtsⅲ型无砟轨道布板设计的软件实现方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于CRTSⅢ型无砟轨道布板设计的软件实现方法。CRTSIII型无砟轨道板系统是一种新近出现的无砟轨道技术，在无砟轨道布板建设中没有合适的方法和软件进行布板设计。本发明建立线路基础数据库，确定主型板设计及标准简支梁配板方案，再进行简支梁地段布板设计，根据确定的主要板型轨道板长度及板缝完成路基、隧道地段布板设计，参考异形板长度及扣件间距两个因素建立补偿板数据库，设计异型板方案。本发明建立了适应路基、桥梁及隧道不同结构类型的轨道板分布计算通用模型和算法，实现固定线路区间内轨道板分布计算，实现了布板设计的自动化，提高了工作效率。
【专利说明】用于CRTS III型无砟轨道布板设计的软件实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无砟轨道布板设计的软件实现方法，具体涉及一种用于CRTS III 型无砟轨道布板设计的软件实现方法。
【背景技术】
[0002] CRTSIII板式无砟轨道是一种新型的无砟轨道轨道结构，是根据CRTSI型、CRTSII 型板式无砟轨道的设计、施工、维护技术体系的成熟经验，结合我国客运专线特有技术路 线，不断提高认识，历经反复修改和完善进行研发的完全具有中国自主知识产权的新型高 铁无砟轨道技术体系形。在CRTSIII型板式无砟轨道系统中，轨道板的布置设计与线路设 计、轨道板制造及施工安装紧密结合。CRTS III型板式无砟轨道为单元式结构，轨道板布板就 是沿着线路里程方向确定固定区间内轨道板的分布数量、类型及板缝长度。根据实际线下 结构需要及最优化原则对布板进行调整，以最少的轨道板布满整个区间，并避免设置补偿 板。特殊地段布板设计算法不能满足区段内布板要求时，余下不足一块标准板的长度采用 补偿板布设。
[0003] 由于CRTSIII型无砟轨道板系统是一种新近出现的无砟轨道技术，在无砟轨道布 板建设中没有合适的方法和软件进行布板设计。公知的CRTSIII型无砟轨道布板设计中， 还没有实现适应路基、桥梁及隧道不同结构类型的轨道板分布计算通用模型和算法的方 法，也没有自动进行异型板设计的算法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种用于CRTS III型无砟轨道布板设计的软件实现方法，适 应路基、桥梁及隧道不同结构类型的轨道板分布计算通用模型和算法，可用于CRTSIII型 无砟轨道板布板设计。
[0005] 本发明所采用的技术方案是： 用于CRTS III型无砟轨道布板设计的软件实现方法，其特征在于： 由以下步骤实现： (1) 建立线路基础数据库： 将线路设计阶段线型数据，包括线路平面曲线参数、线路纵断面参数、线路断链参数、 线路结构分段数据，组织入库，以线路里程为索引进行统一管理，布板设计计算以线路基础 数据库为定位基准，以里程贯穿全线； (2) 主型板设计及标准简支梁配板方案确定： 根据全线桥梁设计数据，统计本线简支梁类型及数量； 基于简支梁不设置异型板的原则，确定主要轨道板板型； 通过调整主型板数量、类型、板缝组合，确定本线各类标准简支梁布板方案； 另外进行非简支梁地段布板设计； (3) 简支梁地段布板设计： 根据简支梁结构起止里程分段表，参照（2)中确定的轨道板分布方案，再根据梁缝悬出 量对应表对板缝的适当调整，完成简支梁地段布板设计； (4) 路基、隧道地段布板设计； 根据（1)中确定的主要板型轨道板长度及板缝，采用多种主型板组合、板缝调整的方法 实现轨道板的布置，并确定板缝调节量范围； 对于给定的布板强制区段，优先选择长度较长的主型板进行布置，并对板缝进行调整， 以减少轨道板数量，作为最优布板方案； 选用较长板型结合板缝调整不能满足强制区段布板要求的，则采用多种主型板组合进 行轨道板布置，并结合板缝调整计算，作为次优布板方案； 长短主型板组合时不能满足要求，可以全部采用较短主型板进行布设； 采用长短主型板组合配置结合板缝调整不能满足区段内布板要求时，余下不足一块标 准板的长度采用异型板布设； (5) 异型板设计及补偿板数据库建立： 异型板设计时，参考异形板长度及扣件间距两个因素，建立补偿板数据库，使得任意补 偿长度都有对应的补偿板； 补偿板设计时，异型板长度介于3. 5-6. 5米之间，异型板中间扣件间距为600-650mm， 长度按照整mm递进，板端至第一个扣件间距的距离满足异型板使用时与上一块标准板最 后一块承轨台扣件间距也满足600-650mm的要求； 补偿板数据库内包括了多种异型板，能满足补偿长度范围内任意长度的补偿需求，实 际补偿长度介于3. 5-6. 5米之间时，可直接检索数据库中对长度的补偿板，若剩余长度介 于0. 01-3. 49m之间，则应调整前面布板距离，使得补偿距离位于补偿数据库中对应的长度 范围。
[0006] 步骤（2)中，非简支梁地段的路基、隧道、连续梁布板设计包括： ① 布板区间区段全部采用较长主型板型布设，并对板缝进行调整，布满整个区间； ② 若①中布板设计计算失败，则布板区间采用较长主型板型和较短主型板相组合，并 调整板缝值，布满整个区间； ③ 若②中布板设计计算失败，则布板区间区段全部采用较短主型板型，并调整板缝值， 布满整个区间； ④ 当③中布板设计计算失败，则进行区段合并重新采用①?③中方法进行布设计算； 或是设计异型板，异型板设计范围在3. 5-6m之间，轨枕间距设计值同主型板中点支点 间距； 若实际补偿长度介于3. 5-6. 5米之间时，直接检索异型板数据库中对长度的补偿板； 若剩余长度介于〇. 01-3. 49m之间，则调整前面布板距离，使得补偿距离位于补偿数据 库中对应的长度范围； 若一块补偿板不能实现补偿时，减少一块标准板，用2块补偿板，一个固定区间最多出 现2块异型板。
[0007] 步骤（5)中，异型板设计及补偿板数据库建立计算包括： 补偿板数据格式定义为：补偿板长度、A板首支点到板端距离、0. 65支距个数、0. 60支 距个数、A板末支点到板尾距离、是否采用B板、B板首支点到板端距离、0. 65支距个数、0. 60 支距个数、B板末支点到板尾距离、总的补偿长度； 设补偿板长度为L，板长按照0. Olm递进，板端头距离分别为dxA、dxE，扣件节点 距离为s，扣件节点间距个数为n，调节dxA、dxE、间距个数n及扣件节点间距s，使得 L=dxA+dxE+n氺s ; 为简化计算和制板过程，补偿板采用〇. 65和0. 60两种支距，则L= dxA+dxE+0. 6*Na+0. 65*Nb，计算步骤如下： ① 先根据补偿板长度L确定0. 60出间距个数Na, Na为整数； ② 计算出剩余长度dL=L-〇. 6*Na ;计算出端头距离dxA=dxE=0. 5*dL ; ③ 若dxA、dxE满足设计要求，则对应长度L的异型板设计完成，其中Na尹0, Nb=O ;L递 进0. 01m，进行下一块异型板设计； ④ 若dxA、dxE不满足满足设计要求时，则根据补偿板长度L确定0. 65出间距个数Nb, Nb为整数，Na=O ; ⑤ 计算出剩余长度dL=L-〇. 6*Nb ;计算出端头距离dxA=dxE=0. 5*dL ; ⑥ 若dxA、dxE满足设计要求，则对应长度L的异型板设计完成，其中Nb尹0, Na=O ;L递 进0. 01m，进行下一块异型板设计； ⑦ 若采用①?⑥不能完成异型板设计，则采用〇. 65和0. 60两种支距组合进行试算，若 满足L= dxA+dxE+0. 6*Na+0. 65*Nb，且各参数满足要求，则对应长度L的异型板设计完成， 其中Nb尹0, Na尹0。L递进0. Olm,进行下一块异型板设计； ⑧ 采用⑦不能完成异型板设计时，则对应实际补偿板长度L的异型板需要设计两块； 将实际补偿板长度L加上一块标准板长度及标准板缝的长度后，重新按照①?⑦步骤进行 异型板设计。
[0008] 本发明具有以下优点： 1、 建立了适应路基、桥梁及隧道不同结构类型的轨道板分布计算通用模型和算法，实 现固定线路区间内轨道板分布计算，实现了布板设计的自动化，提高了工作效率； 2、 建立了异型板设计算法，该算法只要给定板端头距离、扣件节点距离范围、异型板长 度范围、标准板缝参数，即可自动生成能满足补偿长度范围内任意长度的异性板。在布板设 计时，补偿长度范围内的任意异型板只需从异型板数据库中检索，无需人工试算。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本发明简支梁地段布板计算流程图。
[0010] 图2是本发明非简支梁地段布板计算流程图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的说明。
[0012] 本发明所涉及到用于CRTS III型无砟轨道布板设计的软件实现方法，对单元式 CRTS III型板式无砟轨道进行布板设计，沿着线路里程方向确定固定区间内轨道板的分布数 量、类型及板缝长度。建立了适应路基、桥梁及隧道不同结构类型的轨道板分布计算通用模 型和算法，实现固定线路区间内轨道板分布计算，确定每块轨道板的线路上的绝对空间位 置。具体由以下步骤实现： (1) 建立线路基础数据库： 将线路设计阶段线型数据，包括线路平面曲线参数、线路纵断面参数、线路断链参数、 线路结构分段数据，组织入库，以线路里程为索引进行统一管理，布板设计计算以线路基础 数据库为定位基准，以里程贯穿全线； (2) 主型板设计及标准简支梁配板方案确定： 根据全线桥梁设计数据，统计本线简支梁类型及数量； 基于简支梁不设置异型板的原则，确定主要轨道板板型； 通过调整主型板数量、类型、板缝组合，确定本线各类标准简支梁布板方案； 另外进行非简支梁地段布板设计； (3) 简支梁地段布板设计： 根据简支梁结构起止里程分段表，参照（2)中确定的轨道板分布方案，再根据梁缝悬出 量对应表对板缝的适当调整，完成简支梁地段布板设计； (4) 路基、隧道地段布板设计； 根据（1)中确定的主要板型轨道板长度及板缝，采用多种主型板组合、板缝调整的方法 实现轨道板的布置，并确定板缝调节量范围； 对于给定的布板强制区段，优先选择长度较长的主型板进行布置，并对板缝进行调整， 以减少轨道板数量，作为最优布板方案； 选用较长板型结合板缝调整不能满足强制区段布板要求的，则采用多种主型板组合进 行轨道板布置，并结合板缝调整计算，作为次优布板方案； 长短主型板组合时不能满足要求，可以全部采用较短主型板进行布设； 采用长短主型板组合配置结合板缝调整不能满足区段内布板要求时，余下不足一块标 准板的长度采用异型板布设； (5) 异型板设计及补偿板数据库建立： 异型板设计时，参考异形板长度及扣件间距两个因素，建立补偿板数据库，使得任意补 偿长度都有对应的补偿板； 补偿板设计时，异型板长度介于3. 5-6. 5米之间，异型板中间扣件间距为600-650mm， 长度按照整mm递进，板端至第一个扣件间距的距离满足异型板使用时与上一块标准板最 后一块承轨台扣件间距也满足600-650mm的要求； 补偿板数据库内包括了多种异型板，能满足补偿长度范围内任意长度的补偿需求，实 际补偿长度介于3. 5-6. 5米之间时，可直接检索数据库中对长度的补偿板，若剩余长度介 于0. 01-3. 49m之间，则应调整前面布板距离，使得补偿距离位于补偿数据库中对应的长度 范围。
[0013] 异型板设计及补偿板数据库建立计算包括： 补偿板数据格式定义为：补偿板长度、A板首支点到板端距离、0. 65支距个数、0. 60支 距个数、A板末支点到板尾距离、是否采用B板、B板首支点到板端距离、0. 65支距个数、0. 60 支距个数、B板末支点到板尾距离、总的补偿长度； 设补偿板长度为L，板长按照0.01m递进，板端头距离分别为dxA、dxE，扣件节点 距离为s，扣件节点间距个数为n，调节dxA、dxE、间距个数n及扣件节点间距s，使得 L=dxA+dxE+n氺s ; 为简化计算和制板过程，补偿板采用0. 65和0. 60两种支距，则L= dxA+dxE+0. 6*Na+0. 65*Nb，计算步骤如下： ① 先根据补偿板长度L确定0. 60出间距个数Na, Na为整数； ② 计算出剩余长度dL=L-〇. 6*Na ;计算出端头距离dxA=dxE=0. 5*dL ; ③ 若dxA、dxE满足设计要求，则对应长度L的异型板设计完成，其中Na尹0, Nb=O ;L递 进0. 01m，进行下一块异型板设计； ④ 若dxA、dxE不满足满足设计要求时，则根据补偿板长度L确定0. 65出间距个数Nb, Nb为整数，Na=O ; ⑤ 计算出剩余长度dL=L-〇. 6*Nb ;计算出端头距离dxA=dxE=0. 5*dL ; ⑥ 若dxA、dxE满足设计要求，则对应长度L的异型板设计完成，其中Nb尹0, Na=O ;L递 进0. 01m，进行下一块异型板设计； ⑦ 若采用①?⑥不能完成异型板设计，则采用〇. 65和0. 60两种支距组合进行试算，若 满足L= dxA+dxE+0. 6*Na+0. 65*Nb，且各参数满足要求，则对应长度L的异型板设计完成， 其中Nb尹0, Na尹0。L递进0. Olm,进行下一块异型板设计； ⑧ 采用⑦不能完成异型板设计时，则对应实际补偿板长度L的异型板需要设计两块； 将实际补偿板长度L加上一块标准板长度及标准板缝的长度后，重新按照①?⑦步骤进行 异型板设计。
[0014] 步骤（2)中提到的非简支梁地段的路基、隧道、连续梁布板设计包括： ① 布板区间区段全部采用较长主型板型布设，并对板缝进行调整，布满整个区间； ② 若①中布板设计计算失败，则布板区间采用较长主型板型和较短主型板相组合，并 调整板缝值，布满整个区间； ③ 若②中布板设计计算失败，则布板区间区段全部采用较短主型板型，并调整板缝值， 布满整个区间； ④ 当③中布板设计计算失败，则进行区段合并重新采用①?③中方法进行布设计算； 或是设计异型板，异型板设计范围在3. 5-6m之间，轨枕间距设计值同主型板中点支点 间距； 若实际补偿长度介于3. 5-6. 5米之间时，直接检索异型板数据库中对长度的补偿板； 若剩余长度介于〇. 01-3. 49m之间，则调整前面布板距离，使得补偿距离位于补偿数据 库中对应的长度范围； 若一块补偿板不能实现补偿时，减少一块标准板，用2块补偿板，一个固定区间最多出 现2块异型板。
[0015] 参见图1，简支梁地段布板设计按照如下步骤进行： (1)以具体的某条客运专线线路或线路某标段区间为单元建立数据计算与组织基本项 目单元，本方法以项目为单元进行数据组织计算。
[0016] (2)利用设计单位提供的线路设计数据建立线路基础数据库。将设计单位提供的 交点格式的线路平纵断面、断链表转换成本方法定义的标准数据格式。桥梁专业提供桥梁 设计布置图，统计桥梁简支梁类型、数量及结构起止分段表。
[0017] (3)确定主型板结构及标准简支梁配板方案。综合考虑布板区间主要梁型梁跨长 度及制造、运输的实际状况，确定出主型板结构参数、简支梁配板方案、补偿板数据库及板 缝调节量范围。主型板的确定遵循常见简支梁上尽量不设置补偿板，同一区段布设轨道板 块数越少越好，轨道板长度兼顾考虑制造运输难度，板缝调整应满足承轨槽间距规范要求。
[0018] (4)简支梁地段布板布板设计。根据桥梁专业提供的简支梁结构起止里程分段表， 可参照（3)中对应的同类简支梁布板方案即确定的轨道板分布方案。由于简支梁制作及桥 墩施工的误差影响，梁长及梁缝与设计值存在细微偏差，再根据梁缝悬出量对应表对板缝 的适当调整完成布板设计。布板计算原则如下： (a)根据布板区间前后梁缝值在梁缝悬出量表中检索出对应的梁缝悬出量值。梁缝悬 出量即为该简支梁布板区间长度增加量，该简支梁布板起始里程向前调整前梁缝悬出量， 该简支梁布板起始终止里程向后调整后梁缝悬出量。
[0019] (b)根据简支梁类型及实际长度简支梁检索匹配（3)中标准简支梁布板方案。如 果能匹配对应方案，则采用（3)中配板方案确定的主型板类型及数量，同时考虑（a)中梁缝 悬出引起的布板区间的变化，将变化量均匀分配到各个板缝中。
[0020] (C)对应梁型如果不能匹配对应方案，则按照图2非简支梁地段布板计算方法进 行布板设计。
[0021] 参见图2,非简支梁地段布板计算按照如下步骤进行： (1)以具体的某条客运专线线路或线路某标段区间为单元建立数据计算与组织基本项 目单元，本方法以项目为单元进行数据组织计算。
[0022] (2)利用设计单位提供的线路设计数据建立线路基础数据库。将设计单位提供的 交点格式的线路平纵断面、断链表转换成本方法定义的标准数据格式。桥梁专业提供桥梁 设计布置图，统计桥梁简支梁类型、数量及结构起止分段表，并且确定本线路主型板结构。
[0023] (3)假设某布板区段长度为S，长度较长的主型板长度为La，长度较长的主型板长 度为Lb，标准板缝为Ax，板缝调节量最大值为a。两种主型板加上标准板缝长度为 ; Lg 十 I = ^ 〇
[0024] 涉及计算变量单位均为毫米，板缝调整量终取值为整毫米，优先采用正调整。算法 计算方案如下： 步骤一：布板区间区段全部采用较长主型板型。
[0025] ①计算较长主型板的数量
【权利要求】
1. 用于CRTS III型无砟轨道布板设计的软件实现方法，其特征在于： 由以下步骤实现： (1) 建立线路基础数据库： 将线路设计阶段线型数据，包括线路平面曲线参数、线路纵断面参数、线路断链参数、 线路结构分段数据，组织入库，以线路里程为索引进行统一管理，布板设计计算以线路基础 数据库为定位基准，以里程贯穿全线； (2) 主型板设计及标准简支梁配板方案确定： 根据全线桥梁设计数据，统计本线简支梁类型及数量； 基于简支梁不设置异型板的原则，确定主要轨道板板型； 通过调整主型板数量、类型、板缝组合，确定本线各类标准简支梁布板方案； 另外进行非简支梁地段布板设计； (3) 简支梁地段布板设计： 根据简支梁结构起止里程分段表，参照（2)中确定的轨道板分布方案，再根据梁缝悬出 量对应表对板缝的适当调整，完成简支梁地段布板设计； (4) 路基、隧道地段布板设计； 根据（1)中确定的主要板型轨道板长度及板缝，采用多种主型板组合、板缝调整的方法 实现轨道板的布置，并确定板缝调节量范围； 对于给定的布板强制区段，优先选择长度较长的主型板进行布置，并对板缝进行调整， 以减少轨道板数量，作为最优布板方案； 选用较长板型结合板缝调整不能满足强制区段布板要求的，则采用多种主型板组合进 行轨道板布置，并结合板缝调整计算，作为次优布板方案； 长短主型板组合时不能满足要求，可以全部采用较短主型板进行布设； 采用长短主型板组合配置结合板缝调整不能满足区段内布板要求时，余下不足一块标 准板的长度采用异型板布设； (5) 异型板设计及补偿板数据库建立： 异型板设计时，参考异形板长度及扣件间距两个因素，建立补偿板数据库，使得任意补 偿长度都有对应的补偿板； 补偿板设计时，异型板长度介于3. 5-6. 5米之间，异型板中间扣件间距为600-650mm， 长度按照整mm递进，板端至第一个扣件间距的距离满足异型板使用时与上一块标准板最 后一块承轨台扣件间距也满足600-650mm的要求； 补偿板数据库内包括了多种异型板，能满足补偿长度范围内任意长度的补偿需求，实 际补偿长度介于3. 5-6. 5米之间时，可直接检索数据库中对长度的补偿板，若剩余长度介 于0. 01-3. 49m之间，则应调整前面布板距离，使得补偿距离位于补偿数据库中对应的长度 范围。
2. 根据权利要求1所述的用于CRTSIII型无砟轨道布板设计的软件实现方法，其特征在 于： 步骤（2)中，非简支梁地段的路基、隧道、连续梁布板设计包括： ① 布板区间区段全部采用较长主型板型布设，并对板缝进行调整，布满整个区间； ② 若①中布板设计计算失败，则布板区间采用较长主型板型和较短主型板相组合，并 调整板缝值，布满整个区间； ③ 若②中布板设计计算失败，则布板区间区段全部采用较短主型板型，并调整板缝值， 布满整个区间； ④ 当③中布板设计计算失败，则进行区段合并重新采用①?③中方法进行布设计算； 或是设计异型板，异型板设计范围在3. 5-6m之间，轨枕间距设计值同主型板中点支点 间距； 若实际补偿长度介于3. 5-6. 5米之间时，直接检索异型板数据库中对长度的补偿板； 若剩余长度介于〇. 01-3. 49m之间，则调整前面布板距离，使得补偿距离位于补偿数据 库中对应的长度范围； 若一块补偿板不能实现补偿时，减少一块标准板，用2块补偿板，一个固定区间最多出 现2块异型板。
3.根据权利要求2所述的用于CRTSIII型无砟轨道布板设计的软件实现方法，其特征在 于： 步骤（5)中，异型板设计及补偿板数据库建立计算包括： 补偿板数据格式定义为：补偿板长度、A板首支点到板端距离、0. 65支距个数、0. 60支 距个数、A板末支点到板尾距离、是否采用B板、B板首支点到板端距离、0. 65支距个数、0. 60 支距个数、B板末支点到板尾距离、总的补偿长度； 设补偿板长度为L，板长按照0. 01m递进，板端头距离分别为dxA、dxE，扣件节点 距离为s，扣件节点间距个数为n，调节dxA、dxE、间距个数n及扣件节点间距s，使得 L=dxA+dxE+n氺s ; 为简化计算和制板过程，补偿板采用〇. 65和0. 60两种支距，则L= dxA+dxE+0. 6*Na+0. 65*Nb，计算步骤如下： ① 先根据补偿板长度L确定0. 60出间距个数Na，Na为整数； ② 计算出剩余长度dL=L-〇. 6*Na ;计算出端头距离dxA=dxE=0. 5*dL ; ③ 若dxA、dxE满足设计要求，则对应长度L的异型板设计完成，其中Na尹0，Nb=0 ;L递 进0. 01m，进行下一块异型板设计； ④ 若dxA、dxE不满足满足设计要求时，则根据补偿板长度L确定0. 65出间距个数Nb， Nb为整数，Na=0 ; ⑤ 计算出剩余长度dL=L-〇. 6*Nb ;计算出端头距离dxA=dxE=0. 5*dL ; ⑥ 若dxA、dxE满足设计要求，则对应长度L的异型板设计完成，其中Nb尹0，Na=0 ;L递 进0. 01m，进行下一块异型板设计； ⑦ 若采用①?⑥不能完成异型板设计，则采用〇. 65和0. 60两种支距组合进行试算，若 满足L= dxA+dxE+0. 6*Na+0. 65*Nb，且各参数满足要求，则对应长度L的异型板设计完成， 其中Nb尹0, Na尹0 ; L递进0. 01m，进行下一块异型板设计； ⑧ 采用⑦不能完成异型板设计时，则对应实际补偿板长度L的异型板需要设计两块； 将实际补偿板长度L加上一块标准板长度及标准板缝的长度后，重新按照①?⑦步骤进 行异型板设计。
【文档编号】G06F17/50GK104392025SQ201410617774
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】任晓春, 许双安 申请人:中铁第一勘察设计院集团有限公司