本發(fā)明屬于軌道交通，更具體地說，特別涉及一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、在不同鐵路軌道結(jié)構(gòu)之間，由于存在剛度等參數(shù)的不同，需要設(shè)置過渡區(qū)段進(jìn)行過渡，以滿足列車運(yùn)行通過的平穩(wěn)性；目前在軌道過渡段的設(shè)計中，主要是采用從一端軌道豎向剛度在過渡段中逐步過渡到另一端的軌道豎向剛度，使列車在運(yùn)行通過過渡段中，逐步接受軌道剛度的平穩(wěn)變化過渡，滿足運(yùn)行的平穩(wěn)性。但在曲線地段，列車在軌道上運(yùn)行，其豎向力和橫向力都會產(chǎn)生一定的變化，而且左右鋼軌的受力也存在著不同；因此，目前針對軌道過渡段的設(shè)置，都限制在直線區(qū)段。隨著近年來軌道交通的發(fā)展，軌道線路中曲線區(qū)段的占比越來越大，尤其是小半徑曲線的比重更為突出，為軌道過渡段的設(shè)置帶來了越來越大的困難，因此，提出在曲線區(qū)段設(shè)置軌道線路的過渡段有著非常的必要性。

2、在直線軌道線路中，兩個鋼軌處在同一水平面，列車在線路上運(yùn)行中，左右車輪承受的彈性和荷載力是相同的，在列車經(jīng)過軌道線路過渡區(qū)段時，軌道線路左右軌道豎向剛度相同均勻變化，就可以確保列車的相對平穩(wěn)運(yùn)行；但在列車運(yùn)行通過曲線軌道時，列車會產(chǎn)生一定的離心力，為減小由于離心力給列車帶來的不利影響，通常在曲線地段軌道需要設(shè)置超高，通過超高的分力抵消離心力的影響，同時，列車在曲線段運(yùn)行時，由于離心力還會在軌道上產(chǎn)生橫向力，造成列車在曲線區(qū)段中輪軌相互作用的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直線區(qū)段，因此，在曲線區(qū)段設(shè)置過渡段，對左右鋼軌產(chǎn)生的影響也將是不同的，由此要求也是不相同，而且由于超高和離心力影響，對軌道的橫向剛度變化也會產(chǎn)生影響，因此需要考慮的因素要遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于直線段軌道。

3、本發(fā)明針對列車在曲線軌道上運(yùn)行的動力變化特征和影響因素，提出了一種計算方式，通過該計算方式，結(jié)合軌道線路、列車運(yùn)行條件，可以進(jìn)行曲線地段過渡段軌道的參數(shù)設(shè)置，以解決在曲線地段設(shè)置軌道過渡段的剛度方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的曲線地段過渡段軌道設(shè)置困難，無法對曲線地段設(shè)置軌道過渡段剛度進(jìn)行設(shè)計的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度設(shè)計方法的目的與功效，由以下具體技術(shù)手段所達(dá)成：

3、一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法，包括有以下步驟:

4、步驟一：將軌道在荷載作用下鋼軌的受力簡化為彈性地基梁模型，并確定荷載作用下鋼軌的受力；

5、步驟二：計算過渡段軌道的剛度設(shè)置參數(shù)；

6、步驟三：計算列車通過曲線時產(chǎn)生的橫向力；

7、確定列車通過曲線時產(chǎn)生的橫向離心力，并通過設(shè)置超高產(chǎn)生的與橫向離心力相反的力，來減小橫向離心力的產(chǎn)生，并計算軌道曲線線路設(shè)置超高后的列車運(yùn)行通過產(chǎn)生的橫向力；

8、步驟四：計算橫向力對左右鋼軌附加的豎向力影響；

9、列車在曲線上運(yùn)行，產(chǎn)生的橫向力在左右鋼軌上會產(chǎn)生不同的附加豎向力；

10、步驟五：得出內(nèi)外軌過渡段軌道的豎向剛度設(shè)計參數(shù)的計算公式。

11、在一個優(yōu)選地實施方式中，在步驟二中，所述過渡段軌道的剛度設(shè)置參數(shù)的計算公式為：

12、

13、其中，k(x)為過渡段x點(diǎn)處的剛度參數(shù)，k1為過渡段前端的軌道豎向剛度，k2為末段剛度，l為過渡段長度，x為沿線路方向的里程坐標(biāo)。

14、在一個優(yōu)選地實施方式中，列車運(yùn)行通過產(chǎn)生的所述橫向力計算公式為：

15、fzh＝fh-fh

16、其中，fzh為軌道曲線線路設(shè)置超高后，列車運(yùn)行通過產(chǎn)生的所述橫向力，fh為列車通過曲線時產(chǎn)生的橫向力，fh為線路設(shè)置超高后產(chǎn)生的反向力。

17、在一個優(yōu)選地實施方式中，在步驟四中，橫向力對左右鋼軌附加豎向力的計算公式為：

18、

19、其中，fs為附加豎向力，h為車輛重心高度，s為軌道線路軌距。

20、在一個優(yōu)選地實施方式中，在曲線內(nèi)軌的豎向力為：pn＝p-fs；

21、在曲線外軌的豎向力為：pw＝p+fs，其中，p為列車載荷。

22、在一個優(yōu)選地實施方式中，在步驟五中，豎向剛度的計算公式為：

23、

24、其中，kw為曲線外軌豎向剛度的設(shè)計參數(shù)，kn為曲線內(nèi)軌豎向剛度的設(shè)計參數(shù)。

25、現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

26、1.該方法通過將軌道受力簡化為彈性地基梁模型,建立了載荷作用下的鋼軌的受力計算公式，在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出了過渡段軌道的剛度設(shè)置參數(shù)計算公式,可以確定過渡段沿線不同位置的豎向剛度參數(shù)；為解決對曲線地段設(shè)置軌道過渡段的剛度進(jìn)行合理設(shè)計的問題，實現(xiàn)對曲線地段過渡段軌道豎向剛度的參數(shù)計算提供了依據(jù)，有助于確保列車在通過曲線區(qū)段過渡段時，軌道能夠更好地承受列車的荷載和各種力的作用，從而優(yōu)化軌道的力學(xué)性能，改善了列車通過時的平穩(wěn)性。

27、2.在計算列車通過曲線時產(chǎn)生的橫向力中,推導(dǎo)出了在設(shè)置超高后,橫向力對左右軌道產(chǎn)生的附加豎向力的計算公式；基于上述計算,給出了針對曲線內(nèi)外軌過渡段豎向剛度設(shè)計的具體計算公式，基于曲線段荷載作用下軌道的受力特點(diǎn),有利于合理設(shè)置內(nèi)外軌過渡段的剛度參數(shù),減小列車在曲線區(qū)段行駛時產(chǎn)生的橫向力和豎向力對軌道的不良影響，從而確保曲線區(qū)段軌道的平穩(wěn)性。

技術(shù)特征：

1.一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法，其特征在于：包括有以下步驟:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法，其特征在于：在步驟二中，所述過渡段軌道的剛度設(shè)置參數(shù)計算公式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法，其特征在于：列車運(yùn)行通過產(chǎn)生的所述橫向力計算公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法，其特征在于：在步驟四中，橫向力對左右鋼軌附加豎向力的計算公式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法，其特征在于：在步驟五中，豎向剛度的計算公式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種軌道曲線區(qū)段過渡段軌道豎向剛度的設(shè)計方法，包括有以下步驟:步驟一：將軌道在荷載作用下鋼軌的受力簡化為彈性地基梁模型，并確定荷載作用下鋼軌的受力；步驟二：計算過渡段軌道的剛度設(shè)置參數(shù)；步驟三：計算列車通過曲線時產(chǎn)生的橫向力；確定列車通過曲線時產(chǎn)生的橫向離心力，并通過設(shè)置超高產(chǎn)生的與橫向離心力相反的力，來減小橫向離心力的產(chǎn)生，計算軌道曲線線路設(shè)置超高后，列車運(yùn)行通過產(chǎn)生的橫向力；步驟四：計算橫向力對左右鋼軌附加的豎向力影響；步驟五：得出內(nèi)外軌過渡段軌道的豎向剛度設(shè)計參數(shù)計算公式；解決了無法對曲線地段設(shè)置軌道過渡段的剛度進(jìn)行設(shè)計計算的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：劉繼平,羅雁云,周俊召
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海鐵院軌道交通科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9