一种桥梁列车制动力的计算方法及装置

技术领域

本发明涉及桥梁分析技术领域，具体涉及一种桥梁列车制动力的计算方法及装置。

背景技术

随着经济的提升，大跨度铁路桥梁发展迅速，现已建成的千米级铁路桥梁有主跨1092m长江大桥、主跨1092m长江大桥等等。列车制动是控制大跨铁路桥梁设计的关键工况，列车制动过程中产生制动力，使得列车产生减速度，直至停止。根据相关铁路桥涵设计规范规定：制动力应按计算长度内列车竖向活载10％计算；双线桥梁按一线的制动力计算，三线或三线以上桥梁按双线制动力计算。

对于制动力对桥梁结构产生的效应，该效应为结构内力和结构变形。结构内力涉及到桥梁的安全，结构的变形涉及到列车运行安全，可见，列车制动的精准计算是极为重要的，目前，设计人员仍采用“静力法”确定制动力对桥梁结构的效应值。

在列车制动力作用下，主梁顺桥向运动，主梁的运动模式与时间相关。桥梁结构设有支座和阻尼器，支座会产生摩阻力，阻尼器会产生阻尼力，这两项阻力会降低桥梁结构的运动大小，但相应会增大桥塔或者桥墩的内力。而普遍采用的“静力法”计算制动力对桥梁结构的效应，是无法考虑支座摩阻和阻尼器效应的，导致所得结果与真实值相差较大。

与时间相关的计算法为“动力时程法”，该方法可以考虑支座摩阻和阻尼器效应，列车制动力在“动力时程法”作为时程荷载输入很关键。但目前为止，并没有相关资料明确列车制动力如何转化为时程荷载。因此，列车制动力对桥梁结构的效应计算，只能采用不准确的“静力法”进行计算，使得计算值与实际值存在较大的偏差，从而影响桥梁和列车行驶的安全性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种桥梁列车制动力的计算方法及装置，能够精准高效计算出列车制动过程中桥梁结构的效应，使得计算值与实际值一致，有效确保桥梁结构和列车行驶的安全性。

为达到以上目的，本发明提供的一种桥梁列车制动力的计算方法，具体包括以下步骤：

获取桥梁和列车信息，以及列车制动时的速度信息、减速度信息和时刻信息；

计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；

计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；

根据计算得到的两种情形下制动力时程荷载函数图像的对比，得到列车制动力时程荷载函数。

在上述技术方案的基础上，所述获取桥梁和列车信息，以及列车制动时的速度信息、减速度信息和时刻信息，具体为：

获取桥梁长度、列车长度、列车重量、列车开始制动时的速度、列车制动过程中的平均减速度、列车开始制动后至减速度为1m/s

在上述技术方案的基础上，所述计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数，具体步骤包括：

根据列车信息确定出的初始制动力时程荷载函数，绘制出制动力与列车行走时刻间的折线图；

计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间，并根据该时间：

当列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间大于或等于列车开始制动后至静止所需的时间时，则绘制的制动力与列车行走时刻间的折线图对应的函数，即为列车全部进入桥梁后开始制动情形下，制动力时程荷载函数；

当列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间小于列车开始制动后至静止所需的时间时，采用列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间对应的时间范围，在绘制的制动力与列车行走时刻间的折线图中进行截取，截取的折线图对应的函数即为列车全部进入桥梁后开始制动情形下，制动力时程荷载函数。

在上述技术方案的基础上，所述列车的初始制动力时程荷载函数具体为：

其中，F

在上述技术方案的基础上，所述列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间的计算方式为：

其中，t

在上述技术方案的基础上，计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数，具体步骤包括：

根据列车信息确定出的初始制动力时程荷载函数，绘制出制动力与列车行走时刻间的折线图；

计算得到列车整体进入桥梁所需时间，以及列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间，并根据计算得到的时间：

当列车整体进入桥梁所需时间小于列车开始制动后至减速度为1m/s

当列车整体进入桥梁所需时间大于或等于列车开始制动后至减速度为1m/s

当列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间大于或等于列车开始制动后至静止所需的时间时，则根据预设公式计算得到的制动力时程荷载函数，即为列车在进入桥梁时便开始制动情形下，制动力时程荷载函数；

当列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间小于列车开始制动后至静止所需的时间时，采用列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间对应的时间范围，在根据预设公式计算得到的制动力时程荷载函数的图像中进行截取，截取的图像对应的函数即为列车在进入桥梁时便开始制动情形下，制动力时程荷载函数。

在上述技术方案的基础上，

所述列车整体进入桥梁所需时间的计算方式为：

其中，t

所述列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间的计算方式为：

其中，t

在上述技术方案的基础上，根据预设公式计算得到的制动力时程荷载函数为：

其中，F

在上述技术方案的基础上，所述根据计算得到的两种情形下制动力时程荷载函数图像的对比，得到列车制动力时程荷载函数，具体步骤包括：

将列车全部进入桥梁后开始制动情形下的制动力时程荷载函数对应的折线图，与列车在进入桥梁时便开始制动情形下的制动力时程荷载函数对应的折线图绘制在同一坐标系中并进行对比；

根据动力学原理，将坐标系中图像的最外侧点进行记录，并采用直线进行连接，形成新的折线图，则新得到的折线图对应的函数即为计算得到的列车制动力时程荷载函数。

本发明提供的一种桥梁列车制动力的计算装置，包括：

获取模块，其用于获取桥梁和列车信息，以及列车制动时的速度信息、减速度信息和时刻信息；

第一计算模块，其用于计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；

第二计算模块，其用于计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；

执行模块，其用于根据计算得到的两种情形下制动力时程荷载函数图像的对比，得到列车制动力时程荷载函数。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下对应的制动力时程荷载函数，以及计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下对应的制动力时程荷载函数，然后将两种情形下制动力时程荷载函数图像进行对比，最终得到列车制动力时程荷载函数，实现列车制动力时程荷载的精确计算，从而精准高效计算出列车制动过程中桥梁结构的效应，使得计算值与实际值一致，有效确保桥梁结构和列车行驶的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例中一种桥梁列车制动力的计算方法的流程图。

图2为实例中列车全部进入桥梁后开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数图像；

图3为实例中列车在进入桥梁时便开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数图像；

图4为实例中最终计算得到的列车制动力时程荷载函数图像。

具体实施方式

本发明实施例提供一种桥梁列车制动力的计算方法，通过计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下对应的制动力时程荷载函数，以及计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下对应的制动力时程荷载函数，然后将两种情形下制动力时程荷载函数图像进行对比，最终得到列车制动力时程荷载函数，实现列车制动力时程荷载的精确计算，从而精准高效计算出列车制动过程中桥梁结构的效应，使得计算值与实际值一致，有效确保桥梁结构和列车行驶的安全性。本发明实施例相应地还提供了一种桥梁列车制动力的计算装置。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1所示，本发明实施例提供的一种桥梁列车制动力的计算方法，具体包括以下步骤：

S1：获取桥梁和列车信息，以及列车制动时的速度信息、减速度信息和时刻信息；

本发明中，获取桥梁和列车信息，以及列车制动时的速度信息、减速度信息和时刻信息，具体为：获取桥梁长度L、列车长度l、列车重G量、列车开始制动时的速度v、列车制动过程中的平均减速度(在实际中，该值为0.8m/s

S2：计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；

本发明中，计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数，具体步骤包括：

S201：根据列车信息确定出的初始制动力时程荷载函数，绘制出制动力与列车行走时刻间的折线图；

S202：计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间，并根据该时间：

当列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间大于或等于列车开始制动后至静止所需的时间时，则绘制的制动力与列车行走时刻间的折线图对应的函数，即为列车全部进入桥梁后开始制动情形下，制动力时程荷载函数；

当列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间小于列车开始制动后至静止所需的时间时，采用列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间对应的时间范围，在绘制的制动力与列车行走时刻间的折线图中进行截取，截取的折线图对应的函数即为列车全部进入桥梁后开始制动情形下，制动力时程荷载函数。

本发明中，列车的初始制动力时程荷载函数具体为(为后续描述方便，将下式记为式1)：

其中，F

本发明中，列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间的计算方式为(为后续描述方便，将下式记为式2)：

其中，t

即先根据列车的初始制动力时程荷载函数，如式1所示，按照式1绘制出制动力与列车行走时刻间的折线图；然后根据式2计算得到列车全部进入桥梁后开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间t

S3：计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；

本发明中，计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数，具体步骤包括：

S301：根据列车信息确定出的初始制动力时程荷载函数，绘制出制动力与列车行走时刻间的折线图；

S302：计算得到列车整体进入桥梁所需时间，以及列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间，并根据计算得到的时间：

当列车整体进入桥梁所需时间小于列车开始制动后至减速度为1m/s

当列车整体进入桥梁所需时间大于或等于列车开始制动后至减速度为1m/s

当列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间大于或等于列车开始制动后至静止所需的时间时，则根据预设公式计算得到的制动力时程荷载函数，即为列车在进入桥梁时便开始制动情形下，制动力时程荷载函数；

当列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间小于列车开始制动后至静止所需的时间时，采用列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间对应的时间范围，在根据预设公式计算得到的制动力时程荷载函数的图像中进行截取，截取的图像对应的函数即为列车在进入桥梁时便开始制动情形下，制动力时程荷载函数。

本发明中，列车整体进入桥梁所需时间的计算方式为(为后续描述方便，将下式记为式3)：

其中，t

本发明中，根据预设公式计算得到的制动力时程荷载函数为(为后续描述方便，将下式记为式4)：

其中，F

本发明中，列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间的计算方式为(为后续描述方便，将下式记为式5)：

其中，t

即先根据式3计算得到列车整体进入桥梁所需时间t

然后根据式3计算得到列车在进入桥梁时便开始制动情形下列车整体开出桥梁所需时间t

S4：根据计算得到的两种情形下制动力时程荷载函数图像的对比，得到列车制动力时程荷载函数。

本发明中，根据计算得到的两种情形下制动力时程荷载函数图像的对比，得到列车制动力时程荷载函数，具体步骤包括：

S401：将列车全部进入桥梁后开始制动情形下的制动力时程荷载函数对应的折线图，与列车在进入桥梁时便开始制动情形下的制动力时程荷载函数对应的折线图绘制在同一坐标系中并进行对比；

S402：根据动力学原理，将坐标系中图像的最外侧点进行记录，并采用直线进行连接，形成新的折线图，则新得到的折线图对应的函数即为计算得到的列车制动力时程荷载函数。

本发明桥梁列车制动力的计算方法的实现原理为：列车制动过程中，制动力与减速度成正比，随着时间的推移减速度逐渐增大，记录下列车减速度时间关系，便可以绘制出列车制动力时程荷载曲线。结合列车入桥和出桥的时间，确定出列车两种不同时刻入桥制动的制动力时程荷载曲线。依据动力学原理：相同大小的荷载，冲击时间越短，结构动力效应越大。将两个制动力时程荷载曲线最外侧点记录下来，用直线将最外侧点连接，形成新的折线图，变为列车制动力时程荷载。将列车制动力时程荷载输入到桥梁结构中，考虑支座摩阻效应和阻尼器效应，采用“动力时程法”进行计算，实现了列车制动力对桥梁结构效应的精准计算，确保了桥梁和列车行驶的安全。

以下结合一实例对本发明的桥梁列车制动力的计算方法进行具体说明。

以一辆列车通过长度为1428m桥梁的为例。列车长度l＝550m，列车重量G＝35200kN，列车制动时速度v＝250km/h，平均减速度为0.8m/s

对于列车以匀速度使得列车车身全部进入桥梁后开始制动，按照式1可以计算在t

对于列车在进入桥梁时开始制动，列车车身全部进入桥梁，按式3计算t

将图2和和图3确定的制动力时程荷载折线图进行对比。将折线图最外侧点记录下来，具体为时间t

将图4的定列车制动力时程荷载输入到桥梁结构中，考虑支座摩阻效应和阻尼器效应，采用“动力时程法”进行计算，梁端位移为7mm，桥塔弯矩15050kN.m，与实测值吻合良好。而采用“静力法”计算，直接将3520kN制动力荷载施加到结构上，梁端位移21mm，桥塔弯矩为10500kN.m，可以看出，与“动力时程法”所得结果相差较大。因此，本发明实现了列车制动力对桥梁结构效应的精准计算，确保了桥梁和列车行驶安全。

本发明实施例的桥梁列车制动力的计算方法，通过计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下对应的制动力时程荷载函数，以及计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下对应的制动力时程荷载函数，然后将两种情形下制动力时程荷载函数图像进行对比，最终得到列车制动力时程荷载函数，实现列车制动力时程荷载的精确计算，从而精准高效计算出列车制动过程中桥梁结构的效应，使得计算值与实际值一致，有效确保桥梁结构和列车行驶的安全性。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例还提供一种可读存储介质，可读存储介质位于PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)控制器中，可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下所述桥梁列车制动力的计算方法的步骤：

获取桥梁和列车信息，以及列车制动时的速度信息、减速度信息和时刻信息；

计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；

计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；

根据计算得到的两种情形下制动力时程荷载函数图像的对比，得到列车制动力时程荷载函数。

存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于：电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本发明实施例提供的一种桥梁列车制动力的计算装置，包括获取模块、第一计算模块、第二计算模块和执行模块。

获取模块用于获取桥梁和列车信息，以及列车制动时的速度信息、减速度信息和时刻信息；第一计算模块用于计算列车全部进入桥梁后开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；第二计算模块用于计算列车在进入桥梁时便开始制动情形下，对应的制动力时程荷载函数；执行模块用于根据计算得到的两种情形下制动力时程荷载函数图像的对比，得到列车制动力时程荷载函数。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。