(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111560416.5 (22)申请日 2021.12.20 (71)申请人 中铁第六勘察设计院集团有限公司 地址 300000 天津市滨 海新区自贸试验区 （空港经济区） 中环西路3 6号 申请人 中国铁路北京局集团有限公司北京 工程项目管理部 　 西南交通大 学 (72)发明人 刘燕涛　张利　韦凯　张强　 陈长君　牛凤鸣　赵春长　郝晓成　 米洋　李晓明　肖读杰　欧成章　 张翔　马文军　王飞　 (74)专利代理 机构 天津睿勤专利代理事务所 (普通合伙) 12225 代理人 孟福成(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种有砟轨道道砟垫静刚度测试荷载范围 确定方法 (57)摘要 本发明提供了一种有砟轨道道砟垫静刚度 测试荷载范围确定方法， 判断道砟垫刚度范围， 设置不同道砟垫刚度工况， 并对每个不同道砟垫 刚度工况建立离散 元模型； 在离散元软件PFC中， 轨枕通过PFC软件自带的内置算法用Clump簇颗 粒来模拟， 簇内部用球颗粒填充； 不同形状的道 砟颗粒用不同数量的球颗粒堆积而成， 并按道砟 的级配随机生成道砟颗粒； 道砟垫用球颗粒填 充， 道砟垫的刚度主要通过球颗粒间的接触刚度 模拟； 计算各个工况下道砟垫承受的最小荷载和 最大荷载， 并以各工况最小荷载的中值和最大荷 载的中值作为测试荷载范围。 本发 明对于荷载作 用于有砟道床上力的传递特性模拟更为真实， 更 能准确的得到道砟垫的测试荷载范围。 权利要求书1页 说明书7页 附图4页 CN 114239360 A 2022.03.25 CN 114239360 A 1.一种有砟轨道道砟垫静刚度测试荷载范围确定方法， 其特征在于， 所述方法包括如 下步骤： 步骤S1， 判断道砟垫刚度范 围， 根据此范 围按0.01N/mm3为间隔设置不同道砟垫刚度工 况， 并对每个不同道砟垫刚度工况建立离散元模型； 根据有砟轨道结构设计图纸， 利用CAD 软件分别绘出轨枕、 道床、 道砟垫截面廓形， 然后分别将各结构廓形导入离散元软件PFC中， 在PFC软件中以墙 体作为各 结构的边界； 步骤S2， 在离散元软件PFC中， 轨枕通过PFC软件自带的内置算法用 Clump簇颗粒来模 拟， 簇内部用球颗粒填充； 由于道砟颗粒形状各异， 各种不同形状的道砟颗粒用不同数量的 球颗粒堆积而成， 并按道砟的级配随机生成道砟颗粒， 道砟颗粒采用自然沉降法填充在道 床尺寸范围内， 利用墙体对其压实， 使其达到平衡状态； 道砟垫用球颗粒填充， 道砟垫的刚 度通过球颗粒间的接触刚度模拟； 步骤S3， 在轨道结构的自重荷载作用下， 计算道砟 垫承受的荷载大小； 然后将车辆荷载 等效后， 施加在轨枕上， 计算此时道砟垫承受的荷载； 得到各个工况下道砟垫承受的最小荷 载和最大荷载， 并以各工况最小荷载的中值和最大荷载的中值作为测试荷载 范围。 2.根据权利要求1所述的有砟 轨道道砟 垫静刚度测试荷载范围确定方法， 其特征在于， 道砟级配采用铁路道砟一级 级配， 用球颗粒Bal l进行模拟， 接触模型采用线性接触模型。 3.根据权利要求1所述的有砟 轨道道砟 垫静刚度测试荷载范围确定方法， 其特征在于， 道砟垫采用规则排列的球颗粒进行模拟， 接触模型采用平行粘结模型。 4.根据权利要求1所述的有砟 轨道道砟 垫静刚度测试荷载范围确定方法， 其特征在于， 轨枕与道砟之间的接触模型采用线性接触模型。 5.根据权利要求1所述的有砟 轨道道砟 垫静刚度测试荷载范围确定方法， 其特征在于， 在离散元软件PFC中， 当平均不平衡力与平均接触力比值小于0.01时视为道床达到了平衡 状态。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114239360 A 2一种有砟轨道 道砟垫静刚度测试荷载范 围确定方 法 技术领域 [0001]本发明属于有砟轨道道砟垫静刚度评价领域， 特别涉及 一种有砟轨道道砟垫静刚 度测试荷载 范围确定方法。 背景技术 [0002]有砟轨道一般由钢轨、 扣件、 轨枕、 道砟、 道砟垫、 基底组成。 道砟垫具有一定的弹 性， 铺设在道砟的底部， 可降低列车荷载对基底的冲击， 减小铁路沿线周边振动。 道砟垫大 多由橡胶材料制成， 属于高分子材料中的一种， 其刚度会受到荷载大小的影响。 铁路运营 中， 道砟垫会受到轨道结构的挤压， 道砟垫刚度不同， 其承受力的大小会不同； 对道砟垫施 加的荷载不同， 道砟垫的刚度会不同。 因而， 对道砟垫静刚度进行评估时， 其测试荷载范围 的确定就尤为重要。 [0003]道砟垫的刚度对于铁路运营的安全性与 减振性影响较大， 为准确得到道砟垫的静 刚度， 十分重要的一步就是确定道砟垫的测试荷载范围。 目前， 道砟垫静刚度的测试方法是 将一块300mm ×300mm的道砟垫放在一块模拟道砟颗粒的加载板下， 对板进行加载， 并循环 三个周期， 通过得到的荷载 ‑位移关系， 计算道砟垫静刚度。 不同的荷载范围， 得到的静刚度 会不同， 为了准确评价道砟垫静刚度， 就需要提供准确的测试荷载范围。 测试荷载范围一般 指的是道砟垫受到力的最小值和最大值这个区间， 因此需要确定道砟垫测试过程中受到力 的最小值与最大值。 [0004]道砟垫测试荷载范围的确定是跟据铁路运营时道砟垫所承受的荷载来确定的。 即 没有列车经过时， 主要受到轨道结构的自重荷载； 列车经过时， 会受到车辆荷载的叠加作 用， 但真实情况下道砟垫所承受的荷载难以通过实测得到， 虽然可以通过在垫子中加传感 器得到真实的道砟垫测试荷载， 但成本太高， 不够经济 。 [0005]在无法得到实际的测试荷载数据情况下， 目前， 确定道砟测试荷载范围的方式主 要是通过有限元计算， 在 有限元软件中建立钢轨、 轨枕、 道床、 基底 等结构， 道砟垫通过弹簧 刚度与阻尼进 行模拟。 由于一开始道砟垫的刚度是未知的， 因而需要设置多个刚度的工况， 分析不同道砟垫刚度下分别在轨道自重荷载、 车辆荷载作用下， 道砟垫长宽300mm ×300mm 尺寸范围内承受的荷载大小， 根据不同道砟垫刚度下计算得到的承受荷载最小值和最大值 来确定测试荷载 范围。 [0006]在无法得到实际的测试荷载数据情况下， 现有方式一般采有限元仿真得到道砟垫 的测试荷载范围， 但有限元难以模拟道砟颗粒 的堆积， 而是把所有道砟颗粒视为一个连续 整体， 不能精确模拟道砟垫的受力特性， 对道砟垫的测试荷载评估不够准确。 发明内容 [0007]为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种有砟轨道道砟垫静刚度测试荷载范围 确定方法， 充分考虑了道砟的离散特性， 对于荷载作用于有砟道床上力的传递特性模拟更 为真实， 更能准确的得到道砟垫的测试荷载 范围。说　明　书 1/7 页 3 CN 114239360 A 3