大跨度铁路桥梁刚度控制方法及装置

技术领域

本发明涉及铁路桥梁优化技术领域，尤其涉及大跨度铁路桥梁刚度控制方法及装置。

背景技术

为了保证列车运营的安全性，满足客车乘坐舒适度和货车平稳性等要求，铁路和公铁合建桥梁设计中需要对桥梁刚度进行控制。国内外规范对铁路桥梁的刚度进行了严格的规定，多采用列车活荷载作用下桥梁跨中的最大挠度和跨度的比值作为竖向刚度控制指标。近年来，随着我国交通的快速建设，为了适应山沟峡谷、跨越大江大河，一些大跨度铁路桥梁，公铁合建桥梁也应运而生。这些桥梁的跨度和结构形式已经远远超出了现有规范的适用条件，并且单纯限定某个指标并不能控制车辆在桥梁上的运行状态或保证轨道几何形态，难以保证大跨度桥梁安全可靠、经济合理。

因此，亟需一种可以克服上述问题的大跨度铁路桥梁刚度控制方案。

发明内容

本发明实施例提供一种大跨度铁路桥梁刚度控制方法，用以对大跨度铁路桥梁刚度进行控制，保证大跨度桥梁安全可靠、经济合理，该方法包括：

获得大跨度铁路桥梁结构的载荷参数对应的发生概率和作用时间，所述载荷参数包括：桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数；

根据所述发生概率和作用时间，分别对所述桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数进行分级；

根据桥梁整体变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的整体变形车辆响应参数的限值；

根据桥面局部变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的局部变形车辆响应参数的限值；

根据所述整体变形车辆响应参数的限值和局部变形车辆响应参数的限值，进行大跨度铁路桥梁刚度控制。

本发明实施例提供一种大跨度铁路桥梁刚度控制装置，用以对大跨度铁路桥梁刚度进行控制，保证大跨度桥梁安全可靠、经济合理，该装置包括：

数据获得模块，用于获得大跨度铁路桥梁结构的载荷参数对应的发生概率和作用时间，所述载荷参数包括：桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数；

参数分级模块，用于根据所述发生概率和作用时间，分别对所述桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数进行分级；

第一限值确定模块，用于根据桥梁整体变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的整体变形车辆响应参数的限值；

第二限值确定模块，用于根据桥面局部变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的局部变形车辆响应参数的限值；

刚度控制模块，用于根据所述整体变形车辆响应参数的限值和局部变形车辆响应参数的限值，进行大跨度铁路桥梁刚度控制。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述大跨度铁路桥梁刚度控制方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述大跨度铁路桥梁刚度控制方法的计算机程序。

本发明实施例通过获得大跨度铁路桥梁结构的载荷参数对应的发生概率和作用时间，所述载荷参数包括：桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数；根据所述发生概率和作用时间，分别对所述桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数进行分级；根据桥梁整体变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的整体变形车辆响应参数的限值；根据桥面局部变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的局部变形车辆响应参数的限值；根据所述整体变形车辆响应参数的限值和局部变形车辆响应参数的限值，进行大跨度铁路桥梁刚度控制。本发明实施例综合考虑环境因素，对桥梁使用过程中的载荷参数按发生概率、作用时间进行分级，实现了对大跨度桥梁整体与局部刚度的分级管理，从而保证行车性能和大跨度桥梁安全可靠、经济合理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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。在附图中：

图1为本发明实施例中大跨度铁路桥梁刚度控制方法示意图；

图2为本发明实施例中大跨度铁路桥梁刚度控制装置结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如前所述，与小跨度桥梁不同，大跨度桥梁在温度、徐变、风等荷载作用下的变形与活载相比是不可忽略的，这些变形不是孤立的，都会对列车运行的舒适度产生影响，单纯限定某个指标并不能控制车辆在桥梁上的运行状态或保证轨道几何形态，因此从机理而言应对这些变形的总量值进行控制。

为保证特大跨度桥梁安全可靠、经济合理，刚度控制指标应针对桥梁使用过程中的荷载根据其发生概率和作用时长综合考虑，对发生概率较大的活载、有车风、温度等，由于成桥后无法通过养护维修措施来改善轨道状态，控制标准宜更加严格；但对于沉降、混凝土收缩徐变等，引起的变形呈现出单调增加且变形缓慢的特点，则可以部分通过工程措施来解决，控制标准则可以有所降低。发明人考虑到这些外部环境因素共同作用存在一定概率，对大跨度铁路桥梁在长期运营条件下的刚度应提出分级管理的原则。

为了对大跨度铁路桥梁刚度进行控制，保证大跨度桥梁安全可靠、经济合理，本发明实施例提供一种大跨度铁路桥梁刚度控制方法，如图1所示，该方法可以包括：

步骤101、获得大跨度铁路桥梁结构的载荷参数对应的发生概率和作用时间，所述载荷参数包括：桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数；

步骤102、根据所述发生概率和作用时间，分别对所述桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数进行分级；

步骤103、根据桥梁整体变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的整体变形车辆响应参数的限值；

步骤104、根据桥面局部变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的局部变形车辆响应参数的限值；

步骤105、根据所述整体变形车辆响应参数的限值和局部变形车辆响应参数的限值，进行大跨度铁路桥梁刚度控制。

由图1所示可以得知，本发明实施例通过获得大跨度铁路桥梁结构的载荷参数对应的发生概率和作用时间，所述载荷参数包括：桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数；根据所述发生概率和作用时间，分别对所述桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数进行分级；根据桥梁整体变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的整体变形车辆响应参数的限值；根据桥面局部变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的局部变形车辆响应参数的限值；根据所述整体变形车辆响应参数的限值和局部变形车辆响应参数的限值，进行大跨度铁路桥梁刚度控制。本发明实施例综合考虑环境因素，对桥梁使用过程中的载荷参数按发生概率、作用时间进行分级，实现了对大跨度桥梁整体与局部刚度的分级管理，从而保证行车性能和大跨度桥梁安全可靠、经济合理。

实施例中，获得大跨度铁路桥梁结构的载荷参数对应的发生概率和作用时间，所述载荷参数包括：桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数；根据所述发生概率和作用时间，分别对所述桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数进行分级；根据桥梁整体变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的整体变形车辆响应参数的限值。

具体实施时，综合考虑各类环境因素，从保证行车性能的角度出发，对大跨度铁路桥梁在长期运营条件下的刚度采用分级管理的原则提出合理的指标及其限值，主要涉及整体及局部刚度。1、整体刚度控制标准：鉴于桥梁结构整体变形主要影响车体加速度和旅客乘坐舒适度，因此将运营阶段需要考虑的荷载或作用按发生概率、作用时间进行分级，确定各级合相应的车体加速度限值。按照综合考虑温度、活载、风等荷载的变形思路，与轨道长波不平顺控制思路结合起来确定指标及其限值。2、桥面系局部刚度的控制标准：桥梁局部变形主要受到桥面细部结构的影响，与多线布设方式和桥式特点有关，我国已经从轨道平顺状态的角度制定了分级管理标准，可借鉴线路修理规则的相关规定，制定桥上轨道的局部不平顺控制标准。在确定桥上通行车辆的车体加速度分级控制标准和桥上轨道的局部不平顺控制标准后，还需要将车辆加速度标准和桥上轨道平顺性标准推演出桥梁结构变形的控制指标和限值。

本实施例中，所述桥梁整体变形载荷参数包括：实际列车载荷参数，温度载荷参数，横风载荷参数，多线行车载荷参数，沉降载荷参数和收缩徐变载荷参数；根据所述发生概率和作用时间，对所述桥梁整体变形载荷参数进行分级，包括：对所述桥梁整体变形载荷参数进行分级得到一级管理整体载荷参数，二级管理整体载荷参数和三级管理整体载荷参数，所述一级管理整体载荷参数包括实际列车载荷参数和温度载荷参数，所述二级管理整体载荷参数包括实际列车载荷参数，温度载荷参数，横风载荷参数和多线行车载荷参数，所述三级管理整体载荷参数包括实际列车载荷参数，温度载荷参数，横风载荷参数，多线行车载荷参数，沉降载荷参数和收缩徐变载荷参数；根据桥梁整体变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的整体变形车辆响应参数的限值，包括：若桥梁整体变形载荷参数的分级结果为一级管理整体载荷参数或二级管理整体载荷参数，则对应的整体变形车辆响应参数包括车体竖向加速度，车体横向加速度，竖向斯佩林指标，横向斯佩林指标，轮重减载率和脱轨系数；若桥梁整体变形载荷参数的分级结果为三级管理整体载荷参数，则对应的整体变形车辆响应参数包括车体竖向加速度，车体横向加速度，轮重减载率和脱轨系数。

具体实施时，为采用分级方式对不同荷载组合下的桥梁刚度或变形确定限值，需要对桥梁使用过程中的荷载或作用按发生概率、作用时间进行分级：一些短期的荷载或者作用，如活载、风、多线通行，以及一些周期性作用，如温度、日照，应由结构本体来承受，在设计中充分考虑，不能把这些荷载或作用引起的变形放到运营阶段解决，以免产生过大的养护维修工作量；但另一些作用，如沉降、收缩徐变，以及材料的劣化等，引起的变形呈现出单调增加且变形缓慢的特点，则可以在建设或运营中部分通过工程措施来解决，无须全部让结构自身来承受。桥梁结构的整体变形主要影响车体加速度和乘坐舒适度，但同时也须满足行车安全性要求。参考铁路线路维修规则的相关规定且与现行规范对车桥动力响应的相关规定相衔接，考虑一定安全系数后建议对整体刚度采用分级管理，采用不同的荷载组合及车辆响应限值。

本实施例中，若桥梁整体变形载荷参数的分级结果为一级管理整体载荷参数，则对应的整体变形车辆响应参数中，车体竖向加速度的限值为1.3m/s

本实施例中，若桥梁整体变形载荷参数的分级结果为二级管理整体载荷参数，则对应的整体变形车辆响应参数中，车体竖向加速度的限值为1.6m/s

本实施例中，若桥梁整体变形载荷参数的分级结果为三级管理整体载荷参数，则对应的整体变形车辆响应参数中，车体竖向加速度的限值为1.8m/s

实施例中，根据桥面局部变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的局部变形车辆响应参数的限值。

本实施例中，所述桥面局部变形载荷参数包括：实际列车载荷参数，温度载荷参数和横风载荷参数；根据所述发生概率和作用时间，对桥面局部变形载荷参数进行分级，包括：对于垂向10m弦测，对所述桥面局部变形载荷参数进行分级得到一级管理局部载荷参数和二级管理局部载荷参数，所述一级管理局部载荷参数包括实际列车载荷参数，所述二级管理局部载荷参数包括实际列车载荷参数和温度载荷参数；所述局部变形车辆响应参数包括：普速参数，高速有砟参数和高速无砟参数。

本实施例中，若桥面局部变形载荷参数的分级结果为一级管理局部载荷参数，则对应的局部变形车辆响应参数中，普速参数(＞160)的限值为3，高速有砟参数(200～250)的限值为2，高速有砟参数(250～300)的限值为2，高速无砟参数(200～250)的限值为2，高速无砟参数(250～350)的限值为2。

本实施例中，若桥面局部变形载荷参数的分级结果为二级管理局部载荷参数，则对应的局部变形车辆响应参数中，普速参数(＞160)的限值为5，高速有砟参数(200～250)的限值为4，高速有砟参数(250～300)的限值为3，高速无砟参数(200～250)的限值为4，高速无砟参数(250～350)的限值为3。

本实施例中，根据所述发生概率和作用时间，对桥面局部变形载荷参数进行分级，包括：对于横向10m弦测，对所述桥面局部变形载荷参数进行分级得到三级管理局部载荷参数和四级管理局部载荷参数，所述三级管理局部载荷参数包括实际列车载荷参数，所述四级管理局部载荷参数包括实际列车载荷参数和横风载荷参数。

本实施例中，若桥面局部变形载荷参数的分级结果为三级管理局部载荷参数，则对应的局部变形车辆响应参数中，普速参数(＞160)的限值为2，高速有砟参数(200～250)的限值为1，高速有砟参数(250～300)的限值为1，高速无砟参数(200～250)的限值为1，高速无砟参数(250～350)的限值为1。

本实施例中，若桥面局部变形载荷参数的分级结果为四级管理局部载荷参数，则对应的局部变形车辆响应参数中，普速参数(＞160)的限值为4，高速有砟参数(200～250)的限值为3，高速有砟参数(250～300)的限值为2，高速无砟参数(200～250)的限值为3，高速无砟参数(250～350)的限值为2。

具体实施时，桥梁局部变形的控制主要是为了保证桥面的刚度要求。大跨度桥梁往往采用多线布置方案，桥面宽于一般的简支梁桥，在列车荷载作用下行车线的变形同时受到整体刚度和局部刚度的影响，对于桥梁局部变形的评估，可参考《高速铁路有砟轨道线路维修规则》、《高速铁路无砟轨道线路维修规则》、《普速铁路线路修理规则》中轨道静态变形的相关规定，消除不同线路、不同速度等级下路基区段随机不平顺的影响后，采用10m弦测值进行评定。对于大跨度铁路桥梁局部变形的评估，采用分级管理。一级管理仅考虑单线实际列车的作用，二级管理考虑单线实际列车与温度、横风的共同作用。

实施例中，根据所述整体变形车辆响应参数的限值和局部变形车辆响应参数的限值，进行大跨度铁路桥梁刚度控制。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种大跨度铁路桥梁刚度控制装置，如下面的实施例所述。由于这些解决问题的原理与大跨度铁路桥梁刚度控制方法相似，因此装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图2为本发明实施例中大跨度铁路桥梁刚度控制装置的结构图，如图2所示，该装置包括：

数据获得模块201，用于获得大跨度铁路桥梁结构的载荷参数对应的发生概率和作用时间，所述载荷参数包括：桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数；

参数分级模块202，用于根据所述发生概率和作用时间，分别对所述桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数进行分级；

第一限值确定模块203，用于根据桥梁整体变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的整体变形车辆响应参数的限值；

第二限值确定模块204，用于根据桥面局部变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的局部变形车辆响应参数的限值；

刚度控制模块205，用于根据所述整体变形车辆响应参数的限值和局部变形车辆响应参数的限值，进行大跨度铁路桥梁刚度控制。

一个实施例中，所述桥梁整体变形载荷参数包括：实际列车载荷参数，温度载荷参数，横风载荷参数，多线行车载荷参数，沉降载荷参数和收缩徐变载荷参数；

所述参数分级模块202进一步用于：对所述桥梁整体变形载荷参数进行分级得到一级管理整体载荷参数，二级管理整体载荷参数和三级管理整体载荷参数，所述一级管理整体载荷参数包括实际列车载荷参数和温度载荷参数，所述二级管理整体载荷参数包括实际列车载荷参数，温度载荷参数，横风载荷参数和多线行车载荷参数，所述三级管理整体载荷参数包括实际列车载荷参数，温度载荷参数，横风载荷参数，多线行车载荷参数，沉降载荷参数和收缩徐变载荷参数；

所述第一限值确定模块203进一步用于：若桥梁整体变形载荷参数的分级结果为一级管理整体载荷参数或二级管理整体载荷参数，则对应的整体变形车辆响应参数包括车体竖向加速度，车体横向加速度，竖向斯佩林指标，横向斯佩林指标，轮重减载率和脱轨系数；若桥梁整体变形载荷参数的分级结果为三级管理整体载荷参数，则对应的整体变形车辆响应参数包括车体竖向加速度，车体横向加速度，轮重减载率和脱轨系数。

一个实施例中，所述桥面局部变形载荷参数包括：实际列车载荷参数，温度载荷参数和横风载荷参数；

所述参数分级模块202进一步用于：对于垂向10m弦测，对所述桥面局部变形载荷参数进行分级得到一级管理局部载荷参数和二级管理局部载荷参数，所述一级管理局部载荷参数包括实际列车载荷参数，所述二级管理局部载荷参数包括实际列车载荷参数和温度载荷参数；

所述局部变形车辆响应参数包括：普速参数，高速有砟参数和高速无砟参数。

一个实施例中，所述参数分级模块202进一步用于：对于横向10m弦测，对所述桥面局部变形载荷参数进行分级得到三级管理局部载荷参数和四级管理局部载荷参数，所述三级管理局部载荷参数包括实际列车载荷参数，所述四级管理局部载荷参数包括实际列车载荷参数和横风载荷参数。

综上所述，本发明实施例通过获得大跨度铁路桥梁结构的载荷参数对应的发生概率和作用时间，所述载荷参数包括：桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数；根据所述发生概率和作用时间，分别对所述桥梁整体变形载荷参数和桥面局部变形载荷参数进行分级；根据桥梁整体变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的整体变形车辆响应参数的限值；根据桥面局部变形载荷参数的分级结果，确定各级对应的局部变形车辆响应参数的限值；根据所述整体变形车辆响应参数的限值和局部变形车辆响应参数的限值，进行大跨度铁路桥梁刚度控制。本发明实施例综合考虑环境因素，对桥梁使用过程中的载荷参数按发生概率、作用时间进行分级，实现了对大跨度桥梁整体与局部刚度的分级管理，从而保证行车性能和大跨度桥梁安全可靠、经济合理。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

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。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置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。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供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步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。