桥上无缝线路设计 72页

武汉工程大学本科毕业设计杭黄高铁桥上无缝线路设计年级:2006学号:0601010110姓名:刘兴江专业:土木工程指导老师:杨爱平2006年6月 西南交通大学本科毕业设计第IV页院系土木工程学院专业土木工程年级2006级姓名宋唯维题目深圳地铁桥上无缝线路设计（布吉客运至布吉政府段）指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日 西南交通大学本科毕业设计第IV页毕业设计任务书班级土木2006级01班学生姓名刘兴江学号0601010110发题日期：2010年4月7日完成日期：2010年6月18日题目深圳地铁桥上无缝线路设计（布吉客运至布吉政府段）1、本论文的目的、意义培养综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能的能力；培养创新精神和自学能力；能够对工程的实际问题进行分析、论证，提出解决方案；得到工程设计方法和科研能力的初步训练；培养正确的设计思想、理论联系实际的工作作风和严肃认真的科学态度；训练和提高设计能力、理论计算能力、外文阅读和使用计算机的能力，以及查阅文献资料和文字表达等基本技能。2、学生应完成的任务上交“桥上无缝线路设计”说明书，内容包括：1.轨道结构设计；2.按钢轨强度计算允许最大温升及温降；（1）列车作用下钢轨动弯应力计算：静力计算采用连续弹性支承梁理论，动力计算采用准静态系数法；（2）伸缩附加力计算；（3）挠曲附加力计算；（4）制动力计算；（5）温度力计算；（6）最不利情况下，按钢轨强度确定允许最大温升及温降。3.稳定性计算；4.确定锁定轨温；5.断缝及断轨力计算；6.墩台强度、稳定性计算；7.桥上无缝线路设计中相关问题研究，伸缩附加力及挠曲附加力通用计算程序编制。 西南交通大学本科毕业设计第IV页3、论文各部分内容及时间分配：（共12周）第一部分熟悉有关桥上无缝线路设计理论及设计资料(1周)第二部分毕业设计实习及实习报告(2周)第三部分程序编制、计算及相关问题研究(6周)第四部分设计成文(2周)评阅及答辩答辩(1周)备注指导教师：年月日审批人：年月日 西南交通大学本科毕业设计第IV页摘要本论文首先简单介绍了无缝线路的特点和优点，然后着重介绍我国铁路桥上无缝线路的设计及其特点。桥上无缝线路不同于一般铺设在路基上的无缝线路，除了有一般地段无缝线路所受的各种力之外,还受桥跨结构因温度变化所引起的伸缩力和由列车荷载产生挠曲变形引起的挠曲力的作用。桥上无缝线路设计根据桥梁跨度的不同，可分为中小跨度桥上无缝线路和大跨度桥上无缝线路两种类型。论文中不但分析了桥上无缝线路的特点.，而且重点阐述了桥上无缝线路的设计特点和存在的问题以及应进一步探讨的问题本设计为深圳地铁桥上一段无缝线路设计，属于城市轨道交通高架桥上的无缝线路设计。因此论文中还介绍国内外城市轨道交通高架桥上无缝线路设计的国内外研究现状及关键技术问题,包括:计算模型和方法,线路纵向阻力、桥墩线刚度的确定,曲线桥上线路横向力的计算,降低钢轨附加纵向力的措施等。提出了解决这些关键技术问题的基本思路、研究方法和技术措施。最后应用桥梁、钢轨相互作用原理(桥上无缝线路的纵向力通过桥跨结构传递到桥梁的墩台上)及计算模型进行深圳地铁布吉客运至布吉政府段桥上无缝线路设计，包括:建立计算模型和确定计算方法,进行列车作用下钢轨动弯应力、线路的伸缩力与挠曲力、温度力计算、线路稳定性计算，墩台的强度和稳定性计算，最后给出设计计算书和轨道布置图。关键词：无缝线路；桥上无缝线路；高架桥；附加纵向力；计算模型 西南交通大学本科毕业设计第IV页AbstractThispaperintroducesthedesigncharacteristicsandadvantagesjointlesslinecontinuousweldedrailontherailwaybridgeinourcountry.Thejointlesstrackonbridgeisdifferentfromthejointlesstracklyingonthetraditionalroadbeds，Whicharesubjectedtotensileandcompressiveforcesduetotemperaturechangesaswellasdeflectionforceproducedbytrainloadingsinadditiontothevariousforcesactingupontracksofthesamekindonordinaryroadbeds.Accordingtothedifferentspanofthebridge,theyareclassifiedastwotypes,i.e.thejointlesstrackonthesmall-spanandmiddle-spanbridgesandthejointlesstrackonthelong-spanbridge.Thestrengthandstabilityoftheselongrailsarenotpermittedtoexceedtheallowablelimitunderthejointactionoftheaforecitedforces.Thepaperexpoundsthedesignfeaturesofthejointlesstrackonbridgeanditsexistingproblems,whichshouldbeexploredfurtherareproposedalso.ThisdesignisthejointlesslinecontinuousweldedrailonbridgeoftheShenZhensubway,whichistheViaductjointlesstrackdesignoftheLightRailTransit.Withananalysisofthekeytechnicalissuesinjointlesstrackdesignonviaductandthepresentdevelopmentofthistechnologyintheworld,thispaperdiscussesthebasicideas,thestudymethodsandtechnicalmeasurestakeninthecalculationmodel,soastodecidethedefinitionoflongitudinalresistanceofthelinesandthestiffnessofpierline,etc.AccordingtotheprincipleoftheinteractionbetweenthebeamandtheCWR(continuousweldedrail)thatlongitudinalforcesofCWRonrailwaybridgesarepassedontothepiersbythespanstructuresofthebridgetodesignthejointlesslinecontinuousweldedrailontherailwaybridgeoftheShenZhensubway.Thisdesignincludethecalculationmodelandthecalculationmethods,thecalculationofthetraindynamicload,tensileandcompressiveforces,deflectionforce,temperatureforce,stabilityofjointlesstrackandthestabilityofthebuttresses,mappingtheCWRarrangementplanandtidingupthecalculation.keywords：Continuousweldedrail;Continuousweldedrailonthebridge;Viaduct;Lengthwiseadditionalforce;Calculationmodel; 西南交通大学本科毕业设计第63页目录第1章绪论11.1无逢线路概述11.1.1铺设无缝线路的意义11.1.2无缝线路的类型11.2.3桥上无缝线路的设计特点和存在的问题41.2.4国内外桥上无缝线路的发展概况5第2章城轨高架桥上的无缝线路设计的关键技术72.1概述72.2桥上无缝线路设计的关键技术72.2.1计算模型和方法72.2.2线路纵向阻力的确定82.2.3桥墩线刚度合理设计目标值的确定92.2.4曲线桥上无缝线路横向力计算102.2.5降低桥上无缝线路钢轨附加纵向力的具体措施11第3章杭黄高铁桥上无缝线路设计133.1设计计算理论133.2轨道结构设计133.3钢轨强度计算143.3.1列车作用下钢轨动弯应力计算143.3.2钢轨的纵向附加力计算163.3.3确定桥上无缝线路的锁定轨温183.3.4断缝及断轨力计算213.4墩台检算213.4.1计算资料213.4.2荷载计算213.4.3截面检算253.4.5检算结果27 西南交通大学本科毕业设计第63页3.5轨条布置30总结31致谢33参考文献34附录35附录1：纵向附加力计算程序35伸缩力程序35挠曲力程序37附录2：毕业实习报告39附录3：英文文献原文与翻译41 西南交通大学本科毕业设计第63页第1章绪论1.1无逢线路概述1.1.1铺设无缝线路的意义无缝线路是把标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路。它是当今轨道结构的一项重要新技术，也是高速、重载轨道结构的最优选择，其无可争议的优越性为世界各国所承认并竞相发展，目前已累计铺设30多万千米。近年来，我国铁路无逢线路的发展也很快，截止到1999年底全国铁路累计铺设无缝线路27310km，技术上也有很大进步。在轨道结构强化方面，60kg/m钢轨已成为各干线的主型轨，轨下基础以II、III型混凝土枕为主型，道床以I级硬质道碴为标准，将逐步取代石灰岩道碴，尤其是跨区间无逢线路和无逢道岔的发展，为高速、重载运输的发展打下了坚实的基础。在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接缝的存在，列车通过时发生冲击和振动，并伴随有打击噪声，冲击力最大的可达到非接头区的三倍以上。接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适，并促使道床破坏、线路状态恶化、钢轨及联结零件的使用寿命缩短、维修劳动费用的增加。养护线路接头区的费用占养护总费用的35%以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大2-3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长，上述缺点更加突出，更不能适应现代高速重载运输的需要。为了改善钢轨接头的工作状态，人们从本世纪三十年代开始至今，一直致力于这方面的研究与实践，采用各种方法把钢轨焊接起来构成无缝线路。这中间首先遇到了接头焊接质量问题；其次，长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定问题；还有无缝线路设计、长轨运输、铺设施工、养护维修等一系列理论和技术问题。随着上述一系列问题的逐步解决，无缝线路在世界各国得到广泛的运用。无缝线路由于消灭了大量的接头，因而具有行车平稳、旅客舒适，同时机车车辆和轨道的维修费用减少，使用寿命延长等一系列优点。有资料表明，从节约劳动力和延长设备寿命方面计算，无缝线路比有缝线路可节约维修费用30%-70%。1.1.2无缝线路的类型无逢线路根据处理钢轨内部温度应力方式的不同，可分为温度应力式和放散温度 西南交通大学本科毕业设计第63页应力式两种。温度应力式无逢线路是由一根焊接长钢轨及其两端2-4根标准轨组成，并采用普通接头的形式。无缝线路铺设锁定后，焊接长钢轨因受线路纵向阻力的抵抗，两端自由伸缩受到一定的限制，中间部分完全不能伸缩，因而在钢轨内产生很大的温度力，其值随轨温变化而异。温度应力式无缝线路结构简单，铺设维修方便，因而得到广泛应用。对于直线轨道，铺设温度应力50kg/m和60kg/m钢轨，每公里配量1840根混凝土枕时，铺设温度应力式无逢线路允许轨温差分别为100℃和108℃。放散温度应力式无逢线路，又分为自动放散式和定期放散式两种，适用于年轨温差较大的地区。自动放散式是为了消除和减少钢轨内部的温度力，允许长轨条自由伸缩，在长轨两端设置钢轨伸缩接头，为了防止钢轨爬行，在长轨中部使用特制的中间扣件。由于结构复杂，已不使用。定期放散式温度应力式无逢线路的结构形式于温度应力式相同。根据当地轨温条件，把钢轨内部的温度应力每年调整放散1-2次。放散时，松开焊接长钢轨的全部扣件，使它自由伸缩，放散内部温度应力，应用更换缓冲区不同长度调节轨的办法，保持必要的轨缝。每次放散应力需耗费大量劳力，作业很不方便。放散式温度应力式无逢线路曾在前苏联和我国年温差较大的地区试用，目前已不使用。现今世界各国主要采用温度应力式无逢线路。1.1.3国内外无缝线路发展简况随着无逢线路一系列理论和技术问题的解决，于五十年代无逢线路才得以迅速发展。德国是无逢线路发展最早的国家，1926年就开始试铺，到50年代，已将无逢线路作为国家的标准线路。到60年代已开始试验把无逢线路和道岔焊连在一起，至今大部分道岔已焊成无逢道岔。美国虽然从30年代开始铺设无逢线路，但进展较缓慢，直到70年代才得以迅速发展，以年均铺设7590km的速度增长，最多时年铺设达到10000km。到1979年底无逢线路已超过12万公里，是目前全世界铺设无逢线路最多的国家。日本于50年代开始铺设无逢线路，现已铺设5000余公里。其特点是每段无逢线路长1300km，在长轨条两端设置伸缩调节器。近年来在新干线上采用了一次性铺设无逢线路技术。原苏联由于大部分地区温度变化幅度较大，对无逢线路的发展有所影响，知道1956年才正式开始铺设。近十年发展较快，无逢线路已达5000余公里。我国无逢线路从1957年开始试铺，开始时采用电弧焊法，分别在北京、上海各试 西南交通大学本科毕业设计第63页铺了1km，以后逐步扩大。后来在工厂采用气压焊或接触焊将钢轨焊成250-500m的长轨条，然后运至铺设地点在现场用铝热焊或小型气压焊将钢轨焊连成设计长度。一般情况下，一段无逢线路长度为1000-2000m.每段之间铺设2-4根调节轨，接头采用高强度螺栓连接。目前京广、京沪、京沈、陇海等主要干线均已铺设无逢线路。至今无逢线路已铺设约2.46万公里。90年代开始又开始了对超长无逢线路的研究和试铺工作，至今已在北京、上海、郑州等路局铺设了超长无逢线路近千公里。我国铁路既有线的提速和新建铁路的一次铺设无逢线路，有力的推动了无逢线路的技术进步。1.2桥上无缝线路概述1.2.1桥上无缝线路的特点无缝线路由于消灭了大量的钢轨接头，因而具有行车平稳、机车车辆及轨道维修费用低、使用寿命长等优点，是铁路现代化的主要内容之一。桥上铺设无缝线路以后，由于减轻了列车车轮的冲击改善了桥梁的受力状态，因而能延长桥梁使用寿命，减少养护维修工作量，这一优点在行车速度较高的地区尤为显著。桥上无缝线路不同于一般铺设在路基上的无缝线路。桥跨结构因温度变化而伸缩，同时受到列车荷载作用而挠曲，因此，桥上无缝线路除受机车车辆荷载、轨温变化和列车制动等作用外，还将受到桥跨结构伸缩变形引起的伸缩附加力和挠曲变形引起的挠曲附加力。与此同时，钢轨也对桥跨结构施加大小相等、方向相反的反作用力。桥上无缝线路一旦断裂，不仅危及行车安全，也将对桥跨结构施加断轨附加力。所有这些，均将通过桥跨结构而作用于墩台上。这些都是桥上无缝线路不同于路基上无缝线路的基本点。因此，设计桥上无缝线路时。应能在上述各种力的最不利组合时，保证钢轨、桥跨结构及墩台满足各自的强度条件、稳定条件以及钢轨断缝条件、防爬等条件的要求。同时，要求结构简单，养护维修方便。1.2.2桥上无缝线路的两种类型目前，桥上无缝线路的设计，根据桥梁跨度的不同，大体可分为两种类型:一类是中小跨度桥上无缝线路；另一类是大跨度桥上无缝线路。1.2.2.2中、小跨度桥上无缝线路中、小跨度桥，系指桥梁跨度为60m 西南交通大学本科毕业设计第63页以下的桥梁。中、小跨度桥多为简支梁桥。为减少轮轨和桥梁之间的相互作用力，桥上轨道的扣件要做特殊处理和特殊布置。在无碴桥上，通常采用降低扣件阻力的办法加以解决，但扣件阻力又不能降低过多，否则低温下钢轨一旦折断，将出现大的断缝，危及行车安全。1.2.2.2大跨度桥上无缝线路大跨度桥，系指桥梁跨度为60m及以上的桥梁。大跨度桥的梁部结构，因温度变化和列车荷载作用而产生的相应变形量都比较大。根据这一特点，通常在连续梁或简支梁的活动端设置钢轨伸缩调节器，便于梁轨的伸缩，改善梁轨之间的受力情况。大跨度桥上无缝线路的设计条件与中小跨度桥上无缝线路的设计条件基本相同。但无缝线路的结构设计和纵向力计算，则要取决于桥面系结构。1.2.3桥上无缝线路的设计特点和存在的问题我国铁路桥上无缝线路设计的特点主要表现在：一按桥跨长度的不同,长轨接头采用两种不同的连接形式。中小跨度的桥梁多以温度应力无缝线路为主,长轨接头采用夹板、螺栓。设计这类无缝线路,需要对梁、轨进行一系列的计算和检算,设计工作比较繁琐。另一种形式是在长轨端设置伸缩调节器,迄今仅在大跨度桥梁上使用。它也适用于中、小跨度桥梁,但是我国铁路习惯于前一种无缝线路轨节的连接,缺乏使用伸缩调节器调节无缝线路温度力的实践经验,因此,在中小跨度桥梁上极少采用。二我国铁路以既有桥梁结合大修铺设无缝线路为主,而既有桥梁在设计时均未考虑铺设无缝线路的纵向力作用。因此,设计桥上无缝线路时,既要使各种附加纵向力适应轨道的要求,又不超出现有墩台的承载能力。这就必须根据铺设计划逐桥设计。采用温度应力式无缝线路时,往往因轨道对于墩台的作用力过大而限制了桥上无缝线路的铺设。这一问题将直接影响既有桥上重轨无缝线路的推广。由此可见,中、小跨度桥上无缝线路究竟采用哪种接头连接形式,是值得进一步研究的。从国外桥上无缝线路铺设情况看，以下两点值得我们借鉴:首先，他们比较广泛地采用钢轨伸缩调节器，钢轨温度力及梁轨相互作用力可以大为减少;其次，他们规定了各种跨度的桥上铺设无缝线路的扣件布置方式，以及相应的纵向阻力值，既为新建桥的墩台设计提供了数据，又使既有桥上铺设无缝线路的设计工作得到了简化。目前，随着铁路行车速度和运量的大幅度增长，高速、重载列车正迅速发展为适应这一形式的要求，我国各主要干线已开始大量采用60kg/m钢轨无缝线路，并积极进行75kg/m钢轨无缝线路的研究和试铺。采用重轨无缝线路，同时也是桥上无缝线路发展中的新问题。实践表明: 西南交通大学本科毕业设计第63页无缝线路具有强大的生命力，是轨道的发展方向。近年来，很多国家正在研制一种新型的栓接长钢轨标准钢轨用夹板及高强度合金螺栓联结成所需要的设计长度。螺栓具有足够的抗拉力和自控拧紧力矩的能力，因而能保证接头上的钢轨顶严无移动，起到无缝线路的作用。1.2.4国内外桥上无缝线路的发展概况1.2.4.1我国桥上无缝线路发展情况我国铁路对桥上无缝线路梁、轨相互作用原理，从20世纪60年代开始进行了大量试验研究。60年代至70年代初，以跨度32m梁为主要研究对象。在上承板梁和预应力混凝土梁上铺设了无缝线路，进行了伸缩力、挠曲力、各种计算参数的实桥测试和模拟实验。通过纵向力测试，在研究梁、、轨相互作用原理的基础上，建立了中、小跨度桥上无缝线路伸缩力、挠曲力的计算理论和方法。经过实际铺设的检验，这一原理和方法于80年代得到了普遍的采纳和应用。我国铁路于80年代开始研究高墩桥发生墩顶位移时，对无缝线路纵向力的影响，进行了对梁、墩、支座、钢轨纵向力和位移的实桥综合测试，完成了墩顶位移、列车制动或牵引等情况下荷载组合计算方法的研究，为解决高墩、大跨度桥纵向力的计算奠定了基础。我国于60年代开始在大跨度桥上铺设无缝线路，以后相继在武汉、南京、九江的长江大桥上铺设无缝线路。90年代以来，按照可靠度理论编制桥梁设计规范，对大量的伸缩力和挠曲力实桥测试资料进行统计分析，得到了伸缩力和挠曲力以及有关计算参数的统计特征，为桥梁设计预留无缝线路荷载提供了依据。桥上无缝线路经过近30年的实践，证明技术经济效果明显，其安全、可靠的程度已为运营部门所公认。1.2.4.2国外桥上无缝线路发展情况日本铁路在60年代初期就开始研究桥上无缝线路上钢轨伸缩力的计算，引起了各国的关注。日本铁路规定了各种跨度桥梁铺设无缝线路的技术条件，且在桥梁墩台的设计中就考虑了无缝线路纵向力的作用，其新干线的各桥都铺设了无缝线路。他们还认为在高架桥上和刚构桥上，采用板式轨道结构时，应有相应的纵向力计算方法。德国是率先发展高速铁路的国家之一。其高速铁路跨越山谷的桥梁，为适应列车高速运行的需要，规定在桥上不得设置钢轨接头，否则桥梁的跨度不能超过30m. 西南交通大学本科毕业设计第63页。联邦德国铁路局颁发了《铁路新干线上桥梁的特殊规程》。该规程也被法国、奥地利等国采用。美国铁路规定，桥上铺设无缝线路时，跨度大于或等于300英尺（91.4m）的钢梁桥，或总长大于500英尺（152.39m），曲线转角为2度，在梁的活动端，应设置钢轨伸缩调节器；桥上轨道要安设弹簧防爬器，其数量视桥跨长度而定。前苏联铁路规定，在跨度大于33m的桥上铺设无缝线路时，桥上线路要使用一定数量的K型扣件扣紧钢轨。在单跨超过55m和多跨总长超过66m的桥上铺设无缝线路的时候，要按交通部的有关规定办理。综上说述，国外铁路对桥上无缝线路的纵向力问题虽未深入研究，但都从偏于安全考虑，制定了主要干线桥上无缝线路的技术条件，这都说明国外铁路对桥上铺设无缝线路的重视程度。 西南交通大学本科毕业设计第63页第2章城轨高架桥上的无缝线路设计的关键技术2.1概述目前我国城市轨道交通是电力驱动的车辆、走行在两根钢轨上、线路封闭、客运为主。它与公路交通相比,具有占地少、运量大、快速、安全、能够利用电能、环境污染少等优点,是根本上缓解大城市客运交通紧张的一个重要手段城轨高架桥上无缝线路在温度效应和车辆荷载的作用下,钢轨承受纵向附加力,该附加力通过梁体传递至桥梁墩台的固定支座上,使墩台产生变形,墩顶发生纵向位移,对高墩和柔性墩影响尤为显著。为了保证结构安全,提高行车平稳性和舒适性,在城轨高架桥设计中必须充分考虑无缝线路与桥梁间的相互影响,严格控制梁轨间的附加力:控制长钢轨纵向压力值,以防桥上无缝线路胀轨跑道;控制长钢轨纵向拉力值,以满足钢轨强度要求;控制钢轨折断时的断缝值,以确保行车安全；控制桥梁墩台的纵向水平力值,以确保桥梁安全使用。我国城轨建设起步较晚,但城轨高架桥上无缝线路设计直接吸收和利用了铁路桥上无缝线路的研究成果和成熟技术。桥上无缝线路技术已经在城轨建设中成功应用,并取得了良好的效果。上海市轨道交通3号线在小半径曲线大坡度桥上铺设了无缝线路;武汉、天津轻轨高架桥上也采用无缝线路。随着我国城市轨道交通建设步的加快,越来越多的城市会选择高架线路的模式。妥善解决桥上无疑线路的关键技术问题,可为城市高架桥梁和轨道结构的合理选型以及结构优化设计提供科学的依据,同时为桥上无缝线路的施工、养护提供理论指导,推动无缝线路技术在城轨中的应用。2.2桥上无缝线路设计的关键技术2.2.1计算模型和方法建立桥上无缝线路纵向力计算的力学模型是城轨高架桥上无缝线路设计的理论基础。桥上无缝线路的力学模型既要真实反映梁轨作用关系,又要便于计算分析。计算的正确性及精确程度很大程度上取决于计算模型的正确抽象。根据梁轨相互作用原理:由于受温度影响及列车竖向荷载、列车纵向制动力的作用,桥梁与钢轨产生相对位移,梁轨间相对位移受到扣件和道床阻力约束,在梁轨之间产生大小相等、方向相反的纵向水平力;此力通过梁、支座传递至墩台。梁轨间的相互作用,使得桥梁、钢轨最终达到一个相互约束、相互作用的力学平衡体系。为了验证纵向力的计算方法的合理性, 西南交通大学本科毕业设计第63页国内曾对各种梁型桥上无缝线路的伸缩力、挠曲力进行了试验测试。结果表明,根据梁轨相互作用原理建立的纵向力计算方法的计算值与实测值较为接近,应用梁轨相互作用原理建立的纵向力计算方法是可行的。现代计算机技术的发展加速和拓展了桥上无缝线路计算理论的研究,计算机数值模拟技术在桥上无缝线路设计中得到广泛应用。目前,西欧已建立了多种数学模型进行计算机数值模拟分析计算。如荷兰特而夫脱大学研制了Prolis计算程序,应用有限元原理,对多种轨道结构进行了分析和比较[4]德国建立了钢轨与梁体结构联接的两种计算模型[5]:图1用线性桁杆单元模拟钢轨和桥梁之间的联接,图2用抗弯杆件模拟钢轨和桥梁之间的联接。国内也有学者根据德国的两种模型进行了该方面的研究,利用通用结构分析软件ANSYS,ALGOR进行桥上无缝线路的结构分析。图2.1带桁架杆件的的计算模型图2.2带抗弯杆件的的计算模型城轨高架结构为了跨越地面建筑物以及减少占用城市空间,大跨度连续梁桥、刚构桥、钢拱桥、斜拉桥、悬索桥等特殊的新式桥跨结构将会逐步地大量采用。新式桥跨结构的出现也给桥上无缝线路理论和计算方法提出了新的研究课题。另外,城轨高架车站与桥跨连为一体,无缝线路纵向附加力对于车站基础和结构的影响近来也倍受关注。2.2.2线路纵向阻力的确定线路纵向阻力是桥上无缝线路设计的重要参数, 西南交通大学本科毕业设计第63页是进行纵向附加力计算的前提。线路纵向阻力的取值对梁轨之间纵向附加力影响很大,直接关系到轨道结构和桥梁结构的选型。线路纵向阻力可以定义为轨道单位长度上梁轨之间产生单位位移时,梁轨之间所需施加的作用力,它反映了梁轨相互作用力和位移之间的变化规律。线路纵向阻力受到轨道结构类型、线路养护维修状况、列车竖向荷载作用的大小及频率等诸多因素的影响。在确定桥上无缝线路纵向阻力参数时,应综合考虑桥梁的设计承载能力、轨道强度、稳定性条件,以及列车荷载情况。城轨高架桥上一般采用无碴轨道,无列车荷载的线路纵向阻力取决于扣件纵向推移阻力的大小,一般可通过室内试验进行测试,再通过数学回归分析来确定。列车荷载作用下的线路纵向阻力则要进行现场测试,通常根据挠曲力实测值反算来得到。目前,尚无公开发表的城轨高架桥上无碴轨道列车荷载作用下线路纵向阻力的测试资料。在桥上无缝线路的设计计算中既可采用常量阻力,也可采用变量阻力。采用常量阻力时,梁轨位移的微分方程可转化为代数方程,使计算过程大为简化,易于被工程技术人员接受,因此现有设计规范倾向于采用常量阻力。采用变量阻力时,梁轨位移的微分方程是非线性的,很难得到理论解,需要通过数值法求解,计算繁琐,工作量较大。变量阻力包括非线性弹性阻力和考虑卸载回弹的弹塑性阻力。在梁轨相对位移较小时,线性阻力和非线性阻力均能得到较为满意的结果;当梁轨相对位移较大时(如大跨度梁的计算),钢轨与桥梁之间的纵向阻力表现出弹塑性特征,采用常量阻力会产生较大的误差。考虑弹塑性线路阻力的桥上无缝线路计算理论的研究是无缝线路研究的难点,目前在该方面取得了一定的进展,但还有很多问题尚待深入研究。2.2.3桥墩线刚度合理设计目标值的确定城轨高架桥作为永久性的城市建筑,在桥梁美学方面要求很高,桥梁的造型应该与城市环境相协调,给人赏心悦目的感觉,形成一道独特的城市景观。桥梁下部结构的造型对整个桥梁结构的设计方案有较大影响,既要减少占用城市空间和干扰城市交通,又要满足结构的强度、刚度以及稳定性的要求,必须利用现代设计理论进行结构优化设计和合理选型。目前城轨常用墩台形式有倒T形桥墩,双柱式和Y形桥墩等,随着城轨的快速发展,相信会有更多轻型美观的桥墩型式出现。研究表明,桥梁下部结构刚度对传递桥梁纵向力有很大影响。梁轨相互作用力通过梁体传递到设有固定支座的墩台上,墩台产生纵向位移,并通过固定支座带动梁体纵向位移,梁轨相对位移发生改变, 西南交通大学本科毕业设计第63页从而引起梁轨作用力的重分布。墩顶位移包括了墩台身弹性变形产生的位移、墩台基础的转动产生的位移,以及基地土弹变形引起的墩台顶位移。桥梁下部结构刚度可定义为使墩台顶沿纵向产生单位位移所需要施加的墩顶的力(N/cm)。桥梁下部结构刚度对梁轨纵向附加力有显著的影响:桥上无缝线路钢轨最大伸缩附加力和挠曲附加力随下部结构纵向刚度的减小而减小，最大钢轨制动附加力随下部结构纵向水平刚度的降低而增大；温度伸缩、桥梁挠曲、列车制动等引起的墩台顶水平力随下部结构纵向刚度的减小而减小。可见,随着桥梁下部结构刚度的增加,伸缩力增大,钢轨挠曲力也增大,但可明显降低制动附加力,可使钢轨纵向附加力的总体水平下降。但桥梁下部结构刚度的增加,是以扩大墩台结构尺寸和增加圬工数量为代价的。因此,研究桥梁下部结构纵向水平线刚度的限值,确定合理的线刚度设计目标值,对于保证结构安全、降低造价及提高经济效益是非常重要的。确定合理线刚度一般要考虑以下控制条件:梁轨相对位移不大于4mm,以防止钢轨产生较大滑移；墩台顶帽面顺桥梁方向的水平位移Δ<5L(L为梁的跨度)；钢轨附加压应力和附加拉应力小于允许值。目前,国内在桥墩线刚度合理设计目标值的研究方面取得较大进展[6],并纳入了《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》。2.2.4曲线桥上无缝线路横向力计算由于受到地形、地物及工程投资等诸多条件的限制,城轨的曲线半径一般较小,在困难条件下曲线半径只有几十米。在小半径曲线上铺设无缝线路,钢轨温度力以及伸缩力和挠曲力都会产生径向分力。但伸缩力和挠曲力的径向分力较小,而温度力的径向分力随温差的增大而增大,其对桥墩的影响不可忽视。设跨度为l的梁在半径为尺的曲线上所对应的圆心角为φ,钢轨温度力为Pt,曲线桥承受的横向力见图2.3。图2.3曲线桥承受的横向力 西南交通大学本科毕业设计第63页A墩所承受的横向分力为:相对于锁定轨温,当钢轨温度升高时,PtR指向曲线外侧;当钢轨温度降低时,PtR指向曲线内侧。根据上式计算,跨度40m简支梁桥位于半径R=80m的曲线上,当温度变化45℃时,桥墩承受的横向力高达432kN。如前所述,城轨高架桥一般采用轻型柔性墩,在小半径曲线上,由于承受较大的横向力,还应对桥墩横向进行相应检算,以确保桥墩的安全。2.2.5降低桥上无缝线路钢轨附加纵向力的具体措施城轨高架线路延续几公里甚至几十公里,其中不乏大跨度的桥跨结构,减少桥上无缝线路的纵向力尤为重要。根据国内外的经验,降低桥上无缝线路钢轨附加纵向力的具体措施通常从改进轨道结构和桥跨结构两方面入手,主要采用钢轨伸缩调节器和纵向力传递装置。德国《铁路新干线上桥梁的特殊规程》介绍了几种传递纵向力的特殊结构,可供借鉴。（1）RSB传力杆:用钢拉杆来承受作用于桥梁上的纵向力,钢拉杆从一端桥台至另一端桥台连续设置,梁体结构和钢拉杆之间在适当位置设置抗剪联接,所有简支梁两端全部设置活动支座。（2）徐变连接器:是一种水平支承,设在梁体之间或梁体与桥台之间,目的是吸收梁体温度伸长而产生的纵向力等,通过梁体自身将纵向力(包括制动力)直接传递至桥台上。徐变连接器可采用抗拉或抗压连接。徐变连接器可以采用液压支承,也可由多层特种橡胶垫组成。（3）纵向力连接器:设在梁体结构重心轴上,由弹性橡胶支座与预应力元件组成,梁体都放置在活动支座上。（4）减少钢轨伸缩长度的平衡梁:平衡梁通过摇轴枢纽、摇臂和平衡杆连接在梁与桥台之间和梁与梁之间,以此减少钢轨伸缩长度。平衡梁可设为一个和二个。日本高速铁路桥上无缝线路主要采用钢轨伸缩调节器降低桥上无缝线路钢轨附加纵向力。我国的几座铁路特大桥上无缝线路普遍使用钢轨伸缩调节器和小阻力扣件,如武汉、南京、九江的长江大桥,广深准高速铁路石龙特大桥,秦沈客运专线上几座大跨度连续梁桥。上海市轨道交通3号线首次在高架桥上使用了钢轨伸缩调解器和WJO2 西南交通大学本科毕业设计第63页型小阻力扣件,武汉轻轨桥上无缝线路亦采用同样的结构。城市高架轻轨桥上无缝线路设置钢轨伸缩调解器还有许多问题尚待进一步研究,如设置钢轨伸缩调解器最小温度跨度问题、最佳设置位置、理想的桥跨型式,以及对邻近桥跨、线路的影响等等,这些问题都是今后桥上无缝线路研究的重点。 西南交通大学本科毕业设计第63页第3章深圳地铁桥上无缝线路设计3.1设计计算理论在我国现行的桥上无缝线路计算中，主要对以下几种与梁、轨相互作用相关的纵向力进行计算。伸缩力：由于梁体温差影响伸缩而生梁轨间纵向力，按主力检算。挠曲力：由于列车垂直荷载作用使梁体挠曲产生的梁轨间纵向力，按主力检算。断轨力：由于钢轨折断而产生梁轨间的纵向力，按特殊荷载检算。在无缝线路伸缩区不考虑断轨力，断缝计算采用简化方法，不考虑墩台纵向水平刚度的影响，即假定两股钢轨不同时折断。通常情况，假定桥上无缝线路的各项纵向力之间相互不影响，分别单独计算。根据以上计算理论，计算基于以下假定：（1）整条设计线路认为在桥梁梁面铺设的无缝线路处于整条无缝线路的固定区。（2）假设桥梁固定支座能完全阻止梁的伸缩，活动支座抵抗伸缩的阻力可略而不计，暂不考虑支座本身的纵向变形，固定支座承受的纵向力全部传递至墩台上。梁在支座外的悬出部分，计算伸缩量时不考虑。（3）在计算伸缩力时，梁的温度变化仅为单纯的升温或降温，不考虑梁温升降的交替变化，取一天之内的最大梁温差计算梁的伸缩量。（4）对挠曲力和伸缩力分别计算，不考虑两者的叠加影响。（5）挠曲力和伸缩力的计算线路阻力根据《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》取常量，挠曲力的计算不考虑梁的回弹和桥墩的位移。（6）不考虑桥梁护轨对无缝线路纵向力及位移计算的影响。（7）不考虑桥梁曲线的横向力。3.2轨道结构设计本设计采用的轨道结构类型如表3-1所示表3-1轨道结构类型钢轨扣件轨枕道床长度/m类型/（kg/m）垂直磨耗/mm类型类型轨下胶垫配置根数/（根/kg）双块式无碴轨道无缝600弹条IIIII型橡胶垫板1760 西南交通大学本科毕业设计第63页型3.3钢轨强度计算3.3.1列车作用下钢轨动弯应力计算3.3.1.1计算资料（1）与轨道相关的计算资料。钢轨、轨枕相关资料查《铁路工务技术手册》轨道分册，列于表3-2：表3-2钢轨、轨枕相关条件项目相关资料钢轨面积/㎝2底宽b’/㎝2惯性矩Ix/cm4W底/cm3W头/cm3允许应力［σs］/MPa钢轨支座刚度D/（N/mm）计算钢轨计算轨枕77.451503217396339.44573000070000轨枕轨枕间距a/cm长度l/cm轨端至轨中距a1/cm满支撑长度e/cm有效支撑长度e’/cm平均底宽bp/cm［Ms］/MPa［Me］/MPa601505095117.527.513.310.5（2）与机车相关的计算资料。地铁机车的轴重、轴距如图3.1所示。构造速度V=80km/h，长度单位为m。图3.1地铁机车的轴重、轴距图3.3.1.2轨道结构静力计算用“连续支承法”计算钢轨静弯矩M0。 西南交通大学本科毕业设计第63页（1）计算刚比系数k当D=30000N/mm,a=600mm时，（2）计算最大静弯矩本设计所采用的地铁机车，转向架间的距离超过5m，故不考虑各转向架的相互影响。各轮载及转向架各轴间距离均相同，故只需要取第1转向架进行计算。又考虑到本机车动力转向架为两轮式，故取第1转向架第1轮位进行计算，其他各轮位下的计算截面计算值与之相同。各轮位均为最不利轮位。任取其一进行计算就可以求得钢轨内的静弯矩。3.3.1.3轨道结构动力计算用“准静态系数法”计算钢轨的动弯矩Md。（1）计算速度系数值本设计采用的地铁电力列车、运行速度V=80km/h时：（2）计算偏载系数值桥上的曲线最小半径R=400m,取其未被平衡欠超高最大值为，故偏载系数为（3）计算钢轨的动弯矩Md（4）计算轨头、轨底边缘荷载应力的最大值、 西南交通大学本科毕业设计第63页当曲线半径R=400m，3.3.2钢轨的纵向附加力计算3.3.2.1计算资料桥跨布置为5×3260cm简支梁，梁型为预应力钢筋混凝土T型梁，基础类型为扩大基础、桩基础。线路阻力取r=70N/cm，伸缩附加力、挠曲附加力计算时，无载取r=70N/cm，车辆下取r=70N/cm。梁的弹性模量，线膨胀系数为。32m梁截面面积，梁高h=280cm。惯性矩。梁的中性轴到上翼缘的距离为,中性轴到下翼缘的距离为60kg/m钢轨,断面积为,弹性模量为,梁温差Δt为20℃.设计竖向活载采用B型车，车辆满载按轴重140KN，车辆轴距见图3.2，单位m.图3.2地铁车辆轴重、轴距图地铁车辆荷载换算为均布荷载为应用C语言程序进行纵向附加力的计算伸缩力的计算模型为5跨简支梁，线路的道床阻力取常量值（计算程序见附录1）根据程序输出的结果，描出伸缩力图像，图3.3，并将结果列于表3-3： 西南交通大学本科毕业设计第63页图3.3伸缩力图象表3-3伸缩力、位移结果点名称伸缩力值（N）钢轨位移（cm）A00B123025.000000没有设置输出C166513.0150710.124251D1.0301420.248503E103913.2131040.296892F00.345281G-2174.6039340.176786H00.345239I66203.9466090.264880J00.384521K-75417.5028470.333544L00.333544M44417.2288010.321226N00.341847O-45748.0395520.341847P-14092.343247没有设置输出Q-192436.6469420.176786R00.010835 西南交通大学本科毕业设计第63页由图3.3和表3-3得到伸缩力的最大值为192.44KN（压力），166.51KN（拉力）。由于将桥墩认为是刚性墩，挠曲力的计算模型为一跨上有车辆均部荷载，以最不利情况下车辆荷载从活动端进入梁内进行计算，道床阻力取常量。根据程序输出的结果，描出挠曲力图像，图3.4，并将结果列于表3-4：图3.4挠曲力图象表3-4挠曲力、位移结果点名称挠曲力值（N）钢轨位移（cm）A00.012952B106753.0572180.025904C00.038856D-93829.99970.024705E-48673.58420.013877F00.000274由表2-4得到挠曲力的最大值为106.75KN（拉力），93.83KN（压力）3.3.3确定桥上无缝线路的锁定轨温3.3.3.1根据钢轨强度条件确定允许的降温幅度轨底：（3-1） 西南交通大学本科毕业设计第63页轨头：（3-2）由式（3-1）得：由式（3-2）得：允许的降温幅度由下式计算3.3.3.2根据钢轨稳定性条件确定允许的升温幅度应用“定塑性处弯曲率法”的统一公式的简化形式计算钢轨的允许温度压力［P］计算参数：本段由线路直线与三段曲线组成，曲线的半径分别为在用弦量得。当变形矢度时，其等效道床阻力，。对于直线段考虑到安全系数K，得到钢轨的允许温度压力 西南交通大学本科毕业设计第63页直线上允许的升温幅度由下式计算对于的曲线段考虑到安全系数K，得到钢轨的允许温度压力曲线上允许的升温幅度由下式计算3.3.3.3确定钢轨的锁定轨温深圳地区当地的最高、最低轨温为，确定允许锁定轨温上限与下限直线上：曲线上：允许铺设的轨温的范围：直线上：66.5曲线上：41.5 西南交通大学本科毕业设计第63页深圳地区的中间轨温为设计锁定轨温上下限选取高于，设，设计锁定轨温范围为，即锁定轨温范围为25～35。，，均在允许铺设范围之内。3.3.4断缝及断轨力计算3.3.4.1断轨缝计算断缝发生在活动端桥台处。断缝值由下式计算：，符合规定要求。3.3.4.2断轨力计算桥梁墩台及固定支坐承受的断轨力，按一跨简支梁之长的纵向阻力计算，但是不得超过最大的温度拉力。断轨力以表示。3.4墩台检算检算诸桥墩中高度最高的桥墩1和截面积最小的桥墩2。3.4.1计算资料桥跨布置为5×3260cm简支梁，梁型为预应力混凝土T型梁，基础类型为扩大基础、桩基础。单跨梁全长3170cm,梁缝为22cm,梁高h=280cm,一跨梁4个支坐(2个固,2个活)总重为19.1KN,每跨梁总重2212KN，桥面系单位重为36.6KN/m.墩台采用170混凝土和140级混凝土,基础类型为扩大基础、桩基础。3.4.2荷载计算 西南交通大学本科毕业设计第63页桥墩所受的荷载很多,按其性质和出现的机会,分为主要荷载(主力)和附加荷载(附加力).现在分别计算如下:3.4.2.1主力计算主力:主要有恒载、活载、伸缩力、挠曲力和离心力。1恒载计算:(1)钢筋混凝土T型梁跨自重N1:包括T型梁本身重量和支坐重量(2)桥面系自重N2:(3)桥墩自重：由《铁路桥涵设计规范》（TBJ2-85）查得，混凝土容重采用。桥墩1重量：桥墩2重量：其中，对于桥墩1墩身高度为H截面以上的墩总重量，对于桥墩1墩身高度为H截面以上的墩总重量，桥墩的构造尺寸由图3.5，图3.6，所示墩身侧面图墩身立面图图3.5桥墩1示意图墩身侧面图墩身立面图 西南交通大学本科毕业设计第63页图3.6桥墩2示意图2．竖值活载计算计算荷载应用地铁B型车辆的换算均布荷载（1）一孔活载作用：图3.7桥墩孔活载作用示意图（2）两孔活载作用：图3.8桥墩两孔活载作用示意图各荷载情况下的墩身内力，列于表3-5表3-5各荷载情况下的墩身内力荷载情况轴力（KN）弯矩（KN•m）一孔活载487.256272.864两孔活载974.51203．伸缩力、制挠力计算：按在最不利的情况计算，采用满跨道床阻力：取桥上无车时线路阻力为 西南交通大学本科毕业设计第63页3.3.5.2.2附加力计算1．纵向风力——纵向风压——迎风面积——风载体系数，由《铁路桥涵设计规范》（TBJ2-85）查得，桥墩1取1.2，桥墩2取1.4——风压高度变化系数，取1.13——地形、地理条件系数，取0.9——基本风压值，由《铁路桥涵设计规范》（TBJ2-85）中《全国基本风压分布图》查得，取1000（1）计算两桥墩的纵向风力桥墩1所受纵向风力：H-H截面以上桥墩1所受的风力为：桥墩2所受纵向风力：H-H截面以上桥墩2所受的风力为：（2）计算两桥墩的横向风力桥墩1所受横向风力：H-H截面以上桥墩1所受的风力为： 西南交通大学本科毕业设计第63页桥墩2所受横向风力：H-H截面以上桥墩2所受的风力为：2．桥墩身任意高度为h处H-H截面受力分析（1）纵向受力分析竖直力N水平力弯矩：包括由竖直活荷载和风力及满跨道床阻力所产生的弯矩竖直荷载所产生的弯矩在一孔活载和两孔活载作用时分别为272.864KN•M，0KN•m。风力所产生的弯矩为满跨道床阻力作用于支座铰中心，所产生的弯矩为(2)横向力分析竖直力N水平力弯矩：由横向风力所产生的弯矩，3.4.3截面检算桥墩身任意高度为h处H-H截面检算：（1）H-H截面特性桥墩1： 西南交通大学本科毕业设计第63页，，桥墩2：（2）纵向检算应力检算由《钢筋混凝土桥》查得混凝土的容许应力为，在主力+附加力的作用下可以乘1.3的提高系数，所以偏心检算（3）横向检算应力检算偏心检算（4）合力的法向应力、纵向弯曲稳定性和偏心距检算法向应力检算纵向弯曲稳定性检算为纵向弯曲系数，由《铁路桥涵设计规范》（TBJ2-85）查得合力偏心距检算 西南交通大学本科毕业设计第63页N为检算截面以上各项竖向力总和M为检算截面以上各项竖向力和水平力对检算截面重心的力矩y为截面形心至最大压应力边缘的距离。3.4.4检算结果桥墩1与桥墩2在一孔活载与两孔活载的两种情况下的应力、偏心检算分别列于表3-6、表3-7、表3-8、表3-9。表3-6桥墩1墩身应力、偏心检算结果（荷载情况：一孔活载）h(m)8.7517.5L0/b8.75017.500［］(MPa)9.1009.100Ф［］9.0327.508［ex］(m)0.780.78［ey］(m)0.60.6Wy(m3)2.252.25Wx(m3)1.731.73A(m2)5.25.2N(KN)5049.0166186.516=N/A(MPa)0.971.190纵向检算My(KN•m)3204.0204639.989max2.3943.252min-0.454-0.872ex（m）0.6340.750横向检算Mx(KN•m)121.35485.625max1.0401.471min0.9000.909ey（m）0.0420.078斜向M(KN•m)3206.3174656.333 西南交通大学本科毕业设计第63页检算max2.4643.532min-0.0524-1.153e00.6350.753［e0］0.9840.984表3-7桥墩1墩身应力、偏心检算结果（荷载情况：两孔活载）h(m)8.7517.5L0/b8.75017.500［］(MPa)9.1009.100Ф［］9.0327.508［ex］(m)0.780.78［ey］(m)0.60.6Wy(m3)2.252.25Wx(m3)1.731.73A(m2)5.25.2N(KN)5536.2726673.772=N/A(MPa)1.0651.283纵向检算My(KN•m)2931.1564367.125max2.3683.224min-0.238-0.658ex（m）0.5290.654横向检算Mx(KN•m)121.351485.625max1.1351.564min0.9951.002ey（m）0.0220.073斜向检算M(KN•m)2933.6674394.043max2.4383.505min-0.308-0.939e00.5300.658［e0］0.9840.984表3-8桥墩2墩身应力、偏心检算结果（荷载情况：一孔活载）h(m)7.515 西南交通大学本科毕业设计第63页L0/b7.50015.000［］(MPa)9.1009.100Ф［］9.1008.145［ex］(m)0.60.6［ey］(m)0.60.6Wy(m3)1.331.33Wx(m3)1.331.33A(m2)44N(KN)4661.5165411.516=N/A(MPa)1.1651.353纵向检算My(KN•m)2063.113474.46max2.7163.965min-0.386-1.259ex（m）0.4430.598横向检算Mx(KN•m)78.75315max1.2241.590min1.1061.116ey（m）0.0170.058斜向检算M(KN•m)2064.613488.71max2.7754.202min-0.445-1.496e00.4430.645［e0］0.8490.849表3-9桥墩2墩身应力、偏心检算结果（荷载情况：两孔活载）h(m)7.515L0/b7.515.00［］(MPa)9.1009.100Ф［］9.1008.145［ex］(m)0.60.6［ey］(m)0.60.6Wy(m3)1.331.33 西南交通大学本科毕业设计第63页Wx(m3)1.331.33A(m2)44N(KN)5148.7725898.772=N/A(MPa)1.2871.475纵向检算My(KN•m)1790.253201.60max2.6333.882min-0.059-0.932ex（m）0.3480.543横向检算Mx(KN•m)78.75315max1.3461.712min1.2281.238ey（m）0.0150.053斜向检算M(KN•m)1791.983217.06max2.6924.119min-0.118-1.169e00.3480.545［e0］0.8490.849由以上表中数据可知检算桥墩的强度与稳定性均符合要求。3.5轨条布置由于规定无缝线路的缓冲区、伸缩区不得设在无渣桥上，所以在本设计中的设计线路属于一段无缝线路的固定区。该段无缝线路采用了弹条Ⅱ型扣件。一组扣件的阻力为9KN，一根轨枕上的扣件阻力为18KN，而一根轨枕的道床纵向阻力为10KN，扣件阻力能满足钢轨不沿轨枕位移的要求。因此，可不设防爬设备。整个区间采用长500m的单位轨条，不设置护轨。具体轨条布置见长轨条布置图。该图包括线路平面图、长轨条的焊缝位置、锁定轨温范围图、观测桩布置图等。 西南交通大学本科毕业设计第63页总结在桥上铺设无缝线路牵涉到线路和桥梁两大专业，是一门交叉学科。它不仅涉及到桥上线路的强度、稳定性、行车安全与舒适度，亦影响桥梁主体的桥面、上部结构、支座与下部结构。所以桥上无缝线路的设计就必须考虑桥梁与桥面上的相互作用。本设计应用两轨相互作用原理来对伸缩力和挠曲力进行分析和定量的计算，由于知识所限，伸缩力和挠曲力中的计算模型都是采用线路阻力常量模型，并且在挠曲力的计算中没有考虑桥梁墩台的位移，在列车荷载作用下梁因减载而回弹和增载而扩大的附加位移的影响。这些没有考虑的因素自然会使设计计算值与实际值存在误差。由于桥梁所在线路中有三段小半径曲线（最小半径400m,最大半径600m）,在这种情况下，线路的稳定性不是很高。还好所在地区为深圳地区，年轨温变化值不是很高，如果在年轨温变化很大的地区，在无逢线路上设置如此小的曲线可能无法满足线路的稳定性要求。尽管如此，本设计的设计锁定轨温为37。C，满足钢轨强度和小曲线半径路段的稳定性的温度变化，但是还是偏高。存在的问题还需要在以后的学习中进行探讨。在进行桥梁墩台的检算工作的时候，墩顶支座部分的详细尺寸未知。尤其是支座横向预偏心的尺寸未知，在计算中采用的是桥梁规范的通用值，这样的计算结果必然有些偏差，而且结果是偏于危险的，但是由于检算结果中的纵向应力、横向应力、斜向应力的最大值以及纵向偏心、横向偏心、斜向偏心值均都远远小于规范允许值，故还是符合要求的。由于在以前的专业学习中只是很浅显的了解些关于无缝线路的知识，对于桥上无缝线路设计还是第一次尝试，而且这次又是第一次进行城市高架桥上的地铁的无逢线路设计，所以几乎没有什么经验，设计过程中遇到一些困难在所难免。在本次毕业设计—— 西南交通大学本科毕业设计第63页桥上无缝线路的设计过程中我查阅了许多资料，学到了很多以前课堂上没有学过的知识。在设计过程中，我还熟悉了新的设计规范，积累了对我而言弥足宝贵的经验，对我今后的学习和工作很有帮助。此外我还在设计过程中弥补了以前没有学透的一些知识点，熟悉了各种学习、绘图和办公软件。设计过程中我领悟到，作为一个专业的工程人员，不仅要有过硬的专业知识，更要有一丝不苟的科学严谨的工作态度，养成凡事有依据，做事按规范的治学态度。同时我也深深地感到自己所学知识的局限性以及其他一些不足之处，意识到今后学习和工作中要有严谨而勤奋的工作和学习。本次设计过程中，我尽了最大努力，但是由于水平有限，很多地方还是考虑的不太周全，没有做到面面俱到，所设计的方案不是十分完美。另一方面，由于经验不足，使本设计的局部地方有一些不合理之处。但由于时间有限，不能再进行大的改动，实在遗憾，也请那些不足之处到老师指正和谅解。 西南交通大学本科毕业设计第63页致谢经过10周的努力，我较为顺利地完成了毕业设计工作。在此期间轨道组的老师们一直耐心地解答我的疑问，帮我们查找资料，借此机会我向郭立康老师和杨容山老师表示衷心的感谢。通过本次毕业设计，以前学过的比较零散的专业知识终于有了一个综合运用的机会，我不仅学会了如何独立完成一段桥上无逢线路的设计，提高了自己综合运用各类知识的能力；还让我体会老师们分析问题，解决问题的方法，使我茅塞顿开，受益匪浅，对我以后的学习和工作有相当大的作用。同时老师们的耐心指导，不厌其烦的工作态度，让我非常感动。在设计过程也得到了任娟娟学姐的很大帮助，帮我查找相关资料，讲解设计中的一些疑难问题，最令我感动的是有一次深夜十一点给她打电话她仍耐心的帮助解答我所遇到的问题。这次设计的顺利按是完成任娟娟学姐的帮助是功不可没的。在我的程序编制过程中，也得到了杨阳同学和王笑同学的帮助，在此也表示感谢。我的大学本科涯已临近尾声，这次毕业设计工作的进行对我以后研究生阶段的学习和工作都有具有十分重要的意义。最后，我再一次向郭立康老师和杨容山老师以及轨道组的其他老师致以最真心地感谢。 西南交通大学本科毕业设计第63页参考文献1　广钟岩.铁路无缝线路.北京:中国铁道出版社,20012郝瀛.铁道工程.北京:中国铁道出版社,20043　铁道部建设司.新建铁路桥上无缝线路设计及墩台顶纵向力计算暂行规定(送审稿).20004　铁道部建设司.秦沈客运专线跨区间无缝线路设计暂行规定.20015　赵煜澄.西欧铁路桥梁上的无缝线路.铁道工程学报,1999,(1)6　德国标准DS899/59铁路新干线上桥梁的特殊规程.张健峰,庄军生译.铁道部大桥局桥梁科学研究院,19917　铁道部科学研究院.新建铁路桥上无疑线路设计暂行规定补充研究总报告.2002 西南交通大学本科毕业设计第63页附录附录1：纵向附加力计算程序伸缩力程序#include"stdio.h"#include"math.h"doublel1=600;doublel2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l9,l10,l11,l12,l13,l14,l15,l16,l17;doubler=70;doubleL=3200;doubleE=2.058E+7;doubleF=77.45;doublet=20;doubleA=0.1E-4;doublepb,pc,yc,pd,yd,pe,ye,pg,pi,pk,pm,po,pp,pq,yf,yg,yh,yi,yj,yl,ym,lyn,yo;doubley_add;voidmain(){FILE*f;f=fopen("result.txt","w");inti=1;doubletmp=(E*F*A*t)/(2*r);doubletmp2=0;while((l1>=tmp2)&&(l1<=tmp)){doubleb=2*E*F*A*t-2*l1*r;doubledelta=b*b-4*r*r*l1*l1;if(delta>=0){l2=(b-sqrt(delta))/(2*r);if(l2<1600){pb=r*l1;yc=(l1+l2)*(l1+l2)*r/(2*E*F);l3=L-l2;pc=(l1+l2)*r;pd=pc-(r*l3);if(pd<=0){gotolable1;}yd=((l1+l2)*(l1+l2)*r+(2*pc-r*(L-l2))*l3)/(2*E*F);b=(A*t-(pd/(E*F)));delta=b*b-4*(r/(2*E*F))*(yd);if(delta>=0) 西南交通大学本科毕业设计第63页{l4=(b-sqrt(delta))/(2*(r/(2*E*F)));pe=pd+r*l4;ye=(((l1+l2)*(l1+l2)*r+(2*pc-r*(L-l2))*l3+((pd+pe)*l4)))/(2*E*F);l5=pe/r;l6=L-l5-l4;pg=0-r*l6;l7=l6;yf=((((l1+l2)*(l1+l2)*r+(2*pc-r*(L-l2))*l3+((pd+pe)*l4)))+l5*pe)/(2*E*F);yg=((((l1+l2)*(l1+l2)*r+(2*pc-r*(L-l2))*l3+((pd+pe)*l4)))+l5*pe+l6*pg)/(2*E*F);yh=((((l1+l2)*(l1+l2)*r+(2*pc-r*(L-l2))*l3+((pd+pe)*l4)))+l5*pe+(l6+l7)*pg)/(2*E*F);b=A*t;delta=((A*t)*(A*t))-(4*(r/(2*E*F))*(yh-A*t*l7)*0.5);if(delta>=0){l8=(b-sqrt(delta))/(r/(E*F));if(l8<=1600){l9=l8;pi=r*l8;yi=(((((l1+l2)*(l1+l2)*r+(2*pc-r*(L-l2))*l3+((pd+pe)*l4)))+l5*pe+(l6+l7)*pg)+l8*pi)/(2*E*F);yj=((((((l1+l2)*(l1+l2)*r+(2*pc-r*(L-l2))*l3+((pd+pe)*l4)))+l5*pe+(l6+l7)*pg)+(l8+l9)*pi))/(2*E*F);l10=L-l7-l8-l9;l11=l10;pk=0-r*l10;yl=((((((l1+l2)*(l1+l2)*r+(2*pc-r*(L-l2))*l3+((pd+pe)*l4)))+l5*pe+(l6+l7)*pg)+(l8+l9)*pi)+pk*(l10+l11))/(2*E*F);b=A*t;delta=((A*t)*(A*t))-(4*(r/(2*E*F))*(yl-A*t*l11));if(delta>=0){l12=(b-sqrt(delta))/(r/(E*F));if(l12<=1600){pm=r*l12;ym=((((((l1+l2)*(l1+l2)*r+(2*pc-r*(L-l2))*l3+((pd+pe)*l4)))+l5*pe+(l6+l7)*pg)+(l8+l9)*pi)+pk*(l10+l11)+l12*pm)/(2*E*F);l13=l12;lyn=ym+(l13*pm)/(2*E*F);l14=L-l11-l12-l13;po=0-r*l14;yo=lyn+l14*po/(2*E*F);b=A*t-(po/(E*F));delta=b*b-4*(r/(2*E*F))*yo;if(delta>=0){l15=(b-sqrt(delta))/(r/(E*F))/4;if(l15<=1600){pp=po+r*l15;l16=L-l15;pq=pp-r*l16; 西南交通大学本科毕业设计第63页yg=yo+((pp+pq)*l16)/(2*E*F);l17=pq/(0-r);y_add=yg+(pq*l17)/(2*E*F);}else{gotolable1;}}else{gotolable1;}}else{gotolable1;}}else{gotolable1;}}else{gotolable1;}}else{gotolable1;}}else{gotolable1;}printf("OK!n");fprintf(f,"l1=%f,l2=%f,l3=%f,l4=%f,l5=%f,l6=%f,l7=%f,l8=%f,l9=%f,l10=%f,l11=%f,l12=%f,l13=%f,l14=%f,l15=%f,l16=%f,l17=%fn",l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l9,l10,l11,l12,l13,l14,l15,l16,l17);fprintf(f,"pb=%f,pc=%f,pd=%f,pe=%f,pg=%f,pi=%f,pk=%f,pm=%f,po=%f,pp=%f,pq=%fn",pb,pc,pd,pe,pg,pi,pk,pm,po,pp,pq);fprintf(f,"yc=%f,yd=%f,ye=%f,yf=%f,yg=%f,yh=%f,yi=%f,yj=%f,yl=%f,ym=%f,yn=%f,yo=%f,yg=%fn",yc,yd,ye,yf,yg,yh,yi,yj,yl,ym,lyn,yo,yg);fprintf(f,"y_add=%f",y_add);fclose(f);return;}}lable1:l1=l1+0.01;}}挠曲力程序#include 西南交通大学本科毕业设计第63页#includedoubleE=2.058E+7;doubleF=77.45;doubleL=3200;doubler=70;doubleyab,ybc,ycd,yde,yef;doublel0,l1,l3,l4,lx;doublepb,pd,pe;doublec;doubleget_val(){doublex=0;while((x>=0)&&(x<=L)){doublea=126.797E-10*x*x-0.0264E-10*x*x*x-0.006;doubleb=(r*l0*l0)/(E*F)-((r/(2*E*F))*((L-l0)-x)*((L-l0)-x));if(a==b){returnx;}else{x=x+c;}}printf("Error!n");return0;}voidmain(){l0=0;//doublea,b,c,delta;while((l0>=0)&&(l0<=1000)){yab=(r*l0*l0)/(2*E*F);pb=r*l0;l1=l0;ybc=(l1*pb)/(2*E*F);lx=get_val();l3=L-l1-lx;pd=(0-r)*l3;ycd=(l3*pd)/(2*E*F);pe=pd+r*lx;l4=pe/r;yde=(pd+pe)*lx/(2*E*F);yef=(l4*pe)/(2*E*F);if((yab+ybc+ycd+yde+yef)==0){printf("l0=%f,l1=%f,l3=%f,l4=%f,lx=%f,add=%fn",l0,l1,l3,l4,lx,yab+ybc+ycd+yde+yef);printf("yab=%f,ybc=%f,ycd=%f,yde=%f,yef=%fn",yab,ybc,ycd,yde,yef);printf("pb=%f,pd=%f,pe=%fn",pb,pd,pe);return;} 西南交通大学本科毕业设计第63页else{gotolable1;}lable1:l0=l0+0.1;}}附录2：毕业实习报告我们的毕业实习是在遂渝高速铁路无碴轨道实验段参观学习。四月二十八中午我们从西南交大蹬上汽车就踏上此次渝州之旅了。。。。。。天气很闷热，开车的师傅也不给开空调，只能打开车窗可是车子很快风大吹久了也不舒服，只能一会开窗一会开窗了。我们的车飞弛在成渝高速公路上，前面的同学在斗地主，笑声不断；还有的已经进入梦想了，我的习惯在乘车的时候喜欢看窗外的风景任思维去驰骋。阳光真好，照到高速公路边的翠竹上，竹叶闪闪发光耀眼动人。。。。。。走着走着，便不断的看到人们已经在水田里插秧了，在边上的稻田里长着今年第一季成熟的稻子，对于在东北长大的我来说，只是听说过一年三季熟但从没有见过，这次算是看到了，没想到才四月底第一季的稻子已经成熟了。。。看到这些我突然闪现了一个想法，从新的想了一下“春花秋实”。对收获我突然有了重新的定义。有时候过程也是收获，不问结果。。。。。到重庆的第二天的一大早，便成车去我们的实习地了。车子沿着嘉陵江畔在山路上穿梭，由于是早上，江上的雾还没有散，三座并排的大桥在雾中若隐若现甚是壮观。在公路上驻足，向下望去。从江面到我站的地方足有二十多米，江水碧绿偶尔有船驶过。三座桥中一座是悬索公路拱桥，一座珩架铁路拱桥，一座铁路连续梁桥，梁桥的桥墩也有二十多米高。三桥飞架南北。。。。。。我们实习的第一点就是第三座铁路梁桥上，还在施工中。在这里就是我们主要的参观地点，是遂渝高速铁路无碴轨道实验段，由中铁八局在进行施工。这里是我国第一条自主技术进行修建的无渣轨道，所以只是在遂渝高速铁路的一段上进行试铺。根据工程现场的施工副总指挥介绍，这段无碴轨道 西南交通大学本科毕业设计第63页由几种不同的轨道形式组成。并对无碴轨道的构造及材料组成进行了详细的介绍。通过介绍我得知：无碴轨道消灭了轨道变形的主要源地----道床，因而大大减小了轨道的养护维修工作和养护费用。获得了少修或免维修的轨道结构的美称。其主要特点就是平顺性，所以被大量在高速铁路应用。无碴轨道已经成为很成熟的轨道形式并得到应用。无碴轨道的几种类型：板式轨道：弹性支撑块轨道枕式无碴轨道这次是我第一次去施工现场，第一次在没有完工的隧道中行走。 西南交通大学本科毕业设计第63页过了桥之后接着就是一个长五千多米的铁路隧道。原来我现在所学的是一门逢山开路遇河架桥的专业，我觉得有那种开拓的精神更为重要。在这个点随便看看听听这工程的副指挥长个讲讲我们继续前进。。。。。。车子继续在江边绕山徐行，古人说“仁者乐山智者乐水”，此时的我是都沉浸其中，那我可能两者兼有吧。。。。。。接下来我们进行路桥刚度过度段的参观，我们了解其设计原理和一些施工方法。这次实习是我了解无碴轨道的特点与施工方法，对我今后的工作和学习都是有很大的帮助的。附录3：英文文献原文与翻译 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页 西南交通大学本科毕业设计第63页应用K-L转换进行铁路轨道的动态诊断分析摘要：铁路轨道维护的质量对于乘坐高速列车的乘客的安全和舒适是至关重要的。我们相信通过持续监听动态车辆对轨道特征的反应值的手段来探测轨道的恶化程度是可行的。在与德国铁路公司的密切合作之下我们的计划得到应用。关键词：动态诊断车辆–轨道交互作用信号处理正交分解1介绍近几年中，德国铁路公司的交通网络上的高速线路不断的增加。这些网络的增加使用便引起了一个问题，关于铁路线路的质量维护的问题，这对乘客的安全和舒适都是很重要的。众所周知，在不断的动荷载的作用下，由于铁路机车车辆、轨道和接头的相互作用能过导致轨道质量的下降，有时甚至造成过早钢轨疲劳。为了避免这些轨道疲劳和轨道质量下降的情况发生，德国铁路公司通过特别的车辆设计在线路测量手段来进行昂贵的、经常的轨道检测。轨道检查车和一辆特别设计的装载测量系统的车辆每两个月以200公里/小时的速度运行一次进行测量估定。除此之外，车辆反应则与ICE-S(城市快递)每四个月以高速一起测量。图1.决定采取什么手段进行轨道维护和何时进行轨道维护是以由轨道检查车的一些参数的经验阈值为基础的。然而，到目前为止，还没有可靠的方法能以轨道检查车或列车作用力的变化为基础来预测真实的轨道疲劳我们建议应用一种方法能在比较低费用的条件下、并且用普通列车持续的检测轨道的情况。我们有一个信念，那就是车辆的动态反应与轨道和以及轨道的几何形位的改变是相互关联的，所以我们能通过经常测定车辆的参数来估计确定轨道的状态。 西南交通大学本科毕业设计第63页图1.特别的检测列车ICE-V，ICE-S的母系列车我们从动态的系统观点和目前第一个来自真正铁路轨道实际测量的结果开始我该问题的描述。然后转向信号处理的观点。我们引入K-L转换做为一种为持续的监听预期的大量数据而采用的数据压缩工具。最后，我们论证K-L转换对于在小规模实验室获得的实验数据的成功应用。2.动态系统我们使用的模型在图2中已经大概地表示出来了。正如[2]所提及的,基于这一模型我们能期待在一列火车上的标准荷载和以这一个模型为基础的模拟之间有一个非常好的相互关系。虽然这一个模型忽略了在列车车轮和钢轨之间的接触动力,而且认为整个轨道结构（钢轨、轨下垫层、轨枕、路基、扣件、接头）为一个弹簧阻尼系统，由于累积动态的负荷，以这一个模型为基础的模拟允许一定的一个轨道下沉。所以，基于为我们自己考虑我们选择这一个模型。在[2]中我们可以看到沿着轨道方向轨道空间刚度的变化在轨道的沉降差中起着重要作用，（这将造成粗糙的纵向描绘和图形）。因此，从用沿着轨道行驶的列车得到的动态回应来重建轨道刚度被迫切要求。 西南交通大学本科毕业设计第63页让我们考虑一下坐标表述，动态系统中沿着轨道刚度改变方向输入u，列车内的标准信号作为y输出。上面做的描述要求的工作需要动态系统的转向，转向的系统输出的u’渐进的复制原始的输入信号u，直到当且仅当转向系统具有单一的渐进行为[1]为止。图2.多体系统：车辆、转向架、轮对、初等和次等吊架、轨道图3.一个动态的转向系统:系统输出的y变成转向系统输入x(0),是系统的出事状态和它的转向由于系统是非线形的，倒转的情形是在他们被输入-线性[1]的地方得到解决,也就是，输入的u只作为以下状态方程的一个线形项：。然而我们的系统不输入线性量，作为刚度变化的的产物和状态方程的坐标。 西南交通大学本科毕业设计第63页状态矢量，状态空间的变量连同模型的参数一起在图2中被表示,其中l表示轨间距。车辆多体系统的输出可以被看作是经过不动车辆下边轨道接受的一个刺激。这是轨道刚度kij和垂直纵坐标yij随时间变化的结果。i=F，B,j=R，L.他们借助车辆的速度与他们的空间变化联系在一起。我们没有得出矢量，这个矢量明确地概述了这个被弹簧和阻尼加强了的多体系统是线性或非线性的。这样的输入二次项的系统是否是动态转向的成了一个公开的问题。因为我们不能够明确地从系统倒转推论出轨道特征(刚度和垂直分布)，所以我们想通过列车车辆回应的变化来得到轨道变化或者是恶化的情况。那将意味这我们期望车辆在后来的旅程中在相同的条件（轨道特征）下，车辆的回应是相同的。因此，我们期待车辆回应的变化是于轨道特征的真实变化所引起的。在一个混乱的系统中这不是必然的情况,举例来说，从不同的初始状态开始会对相同的输入信号产生有不同的反应。因此，我们需要动态的系统有单独的渐近行为(UAB),也就是,系统对相同的输入信号产生回应，但是可能是从不同的处世状态开始而最后收敛到相同的输入信号的渐进行为。UAB可以通过考虑任何两个解之间的不同得到验证。因此，必须证明不同起点的系统的渐进稳定性。这种不同的非线性系统经常处于一种定时间的形式下。这一个系统的渐近稳定性能够通过Kalman–Yacubovitch补助定理[5]得到证明。由于状态空间是高维的，所以系统的UAB的证明是件很困难的事情。这是一项正在进行研究的课题。接下来我们罗列出一些测量结果和真实数据来检查UAB。3.测量为了能评定连续的监听,我们用一辆特定的车辆在所选定的轨道上进行测量并每周收集两次测量数据。我们在车辆的低部安装了德国IMAR公司生产的惯性测量组合仪器（IMU）。IMU能够测量三个线加速度和三个角速度。用这种方法，六个自由度就都被确定了。 西南交通大学本科毕业设计第63页由于我们对轨道上的垂直动力效果很感兴趣,所以我们很专注于矩角和竖向位移y1的测量。图4简单的描述了假定在相同的轨道条件下，车辆二次以相同的速度(200公里/h)沿着相同的轨道运行中的角速度。沿轨道的信距比由另一个有记录的信号(50脉冲/米）和那个可再造的偏航信号决定。正如图4所示，两个信号几乎是无法区分的，动态的系统实际上拥有了UAB的参数。图5表示车辆在较高分辨率的条件下所测量的角速度和垂直加速度y1。两次的测量结果几乎是相同的。信号表示车辆开始在半径为21.2km的选定线路块上运行的回应。显然的，一个冲击带来一些振动是显而易见的。他们有大约1个赫兹(速度为160公里/h)的频率,推测上符合系统的本征频率（在线性条件下）。轨道的变化，冲击大小的变化将引起列车回应的显著变化，那是我们的信念。我们每周两次的测量到现在为止只包括短时段测量，而且我们没有充足的数据估计轨道的微小恶化是否实际上是可以由列车回应探测到的。然而我们进行了小规模的实验室实验，在那里我们能十分容易的收集尽可能多所需要的数据并且能过通过合理的操作来模拟轨道恶化。然而，持续的监听将会造成实质上数据量的收集,而且将会要求有效率的压缩和检查程序。我们应用KL转换来达到这一目的。因此，我们简短的介绍KL转换的基本观点和其必要因素，然后示范其对我们实验室数据的成功处理。图4沿着相同的轨道角速度的两次测量值 西南交通大学本科毕业设计第63页图5曲线上（半径21.2KM）上部角速度和下部垂直加速度y14．KL转换KL转换和正交分解起源于随机程序的领域。工程发表论文可以在中找到，一个机械系统的讨论在[4].KLT经由它的共分散功能来探测一组随机程序的基本成份信号。其中的一个目标就是区分重要的成分和不重要的成分（举例来说噪音）。我们想要到一笔由决定论的数据东西应用KLT而得到的信号。其目的也是区分重要的数据和可能附加的除了主要地之外从一大批组的信号中占优势的成份吸取的噪音。提供一系列信号KLT提供一个分解其特性功能（CF），，表示其基本式样和振幅，，表示其对每个信号的贡献量。这与众所周知的傅立叶变换(FT) 西南交通大学本科毕业设计第63页和相似，在这个变换中信号被描述为特定振幅的基本功能的重叠。在KLT和FT之间的重要不同是FT的基本功能被修复,然而KLT的特性功能是由特定的信号的设定而决定的。KLT的二个基本要求是:第一，其特定功能的形式是一种正交形式：第二，拓展功能是信号发射的基础；他们都是相互没有关系的。En是n的预期值。这些都是的要求，这些要求是本征函数的一个积分,(8)而是信号的相关函数。接下来我们考虑近似法被近似法覆盖的能量含量为因此，如果选择一特性函数属于近似法的最大值，然后其覆盖最高的信息来满足信号设置的要求，而且平均-曲线近似法的误差尽可能小。KLT效率的提高是基于它是在某种意义上那对于所有的N值是最佳的这一事实。第一个特性函数的近似法覆盖了其他可能的信号中的大部分信号(平均-曲线近似法的误差最小) 西南交通大学本科毕业设计第63页。我们应用这一个最优性特征为了达到最好的信息压缩的这一目的。我们将直接应用具有离散性质的KLT，因为每一次的测量值本身就是一组不连续的数据特性函数，并且本征函数的协方差同时5.小规模的实验我们进行了小规模的实验室实验(图6)。我们在车辆中安装了角速度感应器。测量沿着一2米长的测试区段进行，在这个测试区段内，每20厘米的间隔就设有一个轨枕，而且6号与7号轨枕的高度在1米和1.2米时候将发生变图6。小规模的实验室实验 西南交通大学本科毕业设计第63页图7.在轨道条件改变的情况下车辆运行中的角速度，箭头为车辆的运行方向测量的回应是轨道疲劳后的冲击系统的动态反应。这种反应在车辆的回程中对于相同的冲击的反应也是同样明显。(图8)包含在这组信号的数据必须被有效率地压缩和评估。我们应用KLT是为了要发现这组信号的基本成份和他们对每一单一信号的贡献。通常KLT被应用自由信号平均值来表示实际变化。然而我们最感兴趣的是处在变化中的初等信号。图8，车辆回程测量轨道变化是的角速度 西南交通大学本科毕业设计第63页图9因此,我们应用KLT到与第一个信号差别的信号:首先我们计算设置信号Cuu协方差的设置条件，图9.这个协方差是设置信号的离散本征矢量。符合本征矢量的本征值是对本征矢量的作用(能量贡献)的衡量。我们在图7中看到KLT的主要特征，设定的信号好像只存在一个基本型，这些信号的基本型被包含在振幅不同的每一个信号当中。Cuu本征值的分析对于确定其只有一个本征矢量是很重要的。这一个本征矢量已经覆盖了设定的96%的能量。图10显示第一个本征矢量,也就是,第一个特性函数。如此，第一个本征矢量很好地渐近到设置的信号，而且它的信息被压缩到一个单一的特性函数和它的一个振幅函数。图10.第一个特性函数的信号设定图11.振幅影响:(a)a1（n）每次测量运行对那里的CF的贡献,(b)a1表示轨枕沉降量在毫米数量级的一个线函数，(c)回程的测量运行中的(b)。 西南交通大学本科毕业设计第63页6号和7号轨枕的高度在10次车辆运行之前都是降低的，而10次车辆运行以后其高度再一次增加。我们在每个高度进行了二次车辆测量运行。图11显示第一振幅函数,也就是,第一个CF，,对每个信号的贡献。第一个振幅函数显示:首先，它对同一的轨道状态是几乎同一(对于每高度的二次车辆的测量运行)，其次，a1几乎与轨枕的原始高度无关，也就是说没有图11b和11c中出现的滞后现象。第三,a1几乎是轨枕沉降量在毫米数量级的一个线函数。第四的,虽然回程的测量运行的第一个特性函数在那里与其他的测量运行完全不同，但是它的振幅同样地反映轨道疲劳的恶化。我们应用KLT对小规模的实验室数据进行处理表明KLT是一个有效率的信息压缩工具。它也能够显示出轨道的严重损坏。6．结论本篇文章描述一个为德国铁路公司网络连续的轨道测量的途径。通过这一途径，使系统的、比较的检验和评估铁路轨道成为可能。代替昂贵专门的测量用车，我们只需要在机车或车辆上安装相对廉价的设备就可达到测量目的。第一个方法是通过一个转向的动力系统累积动载以重建最初的输信号来发现轨道沉陷，其中轨道的特征量由机车测量。由于系统的进量的二次特征，因而，这一个途径是不可行的。我们应用真正的测量值，其指出动态的车辆-轨道系统具有独特的渐近行为,以致于我们能期待车辆回应的变化实际上是源于轨道或车辆的变化。车辆的动态回应,也就是标准的测量信号,将受到轨道不平顺和车辆车轮磨损、转向架破坏的影响。我们相信车辆回应的变化包含关于车辆-轨道的系统变化的重要信息。特定的回应(举例来说一个车轮的周期性磨损)应该允许区分彼此不同类型的疲劳。为了处理大量的我们从测量获得的数据，我们应用KLT来进行数据压缩。成功的将KLT应用于小规模实验说明有效率的信息压缩是可能的，而且能使我们测量到轨道疲劳的恶化。 西南交通大学本科毕业设计第63页