(19)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 202210683225.6 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 徐庆元　胡昌林　李欢　孙胜伟　 王玺　徐毅　王乐煊　张子龙　 (74)专利代理 机构 长沙市融智专利事务所(普 通合伙) 43114 专利代理师 颜勇 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道 受力分析方法 (57)摘要 一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道 受力分析方法， 在考虑温度时变效应和湿度时变 效应对混凝土收缩徐变的影 响下， 本发明提供的 基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析 方法是依据无砟轨道结构在路基上实际的施工 工艺， 将轨道施工阶段的步骤进行量化后， 在 Midas Civil中建立完整的施工流程来仿真计算 轨道结构在组合载荷作用和收缩徐变效应下的 受力情况。 本发 明提供的基于混凝土收缩徐变模 型的无砟轨道受力分析方法具有良好的适用性， 能更精确地反映轨道在服役期间的真实应力水 平， 为轨道结构 的养护维修提供指导意义， 提高 轨道结构的使用寿命； 同时能够为设计人员对优 化轨道结构设计提供指导。 权利要求书4页 说明书10页 附图9页 CN 115130177 A 2022.09.30 CN 115130177 A 1.一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法； 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤1： 收集无砟 轨道施工所在地的温度和湿度随时间变化的数据； 根据 无砟轨道的设 计参数获得无砟轨道各部件的尺寸数据和材料数据； 所述部件包括钢轨、 扣件、 轨道板、 自 密实混凝 土板和底座板； 步骤2： 建立混凝土收缩徐变模型； 所述混凝土收缩徐变模型由耦合收缩模型和耦合徐 变模型组成； 所述耦合收缩模型是指考虑温度时变函数T(t')、 湿度时变函数H(t')的JTG   3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中的收缩应变计算 公式； 所述耦 合徐变模型是指考虑温度时变函数T(t')、 湿度时变函数H(t')和粉煤灰系数的JTG  3362— 2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中的徐变系数计算公式； 将步骤1中的 相关参数， 代入所述混凝土收缩徐变模 型， 分别计算得到无砟轨道中轨道板、 自密实混凝土 板和底座板的收缩应 变值和徐变系数值； 步骤3： 根据步骤1中的参数， 在Midas  Civil中建立有限元模型； 所述有限元模型中， 钢 轨、 轨道板、 自密实混凝土板和底座板采用梁单元进 行模拟， 扣件和地基采用弹簧单元进 行 模拟； 在Midas  Civil中将轨道板、 自密实混凝 土板和底座板 定义为时间依存材 料； 步骤4： 将步骤2中计算出的收缩应变值和徐变系数值输入到Midas  Civil中； 根据步骤 3建立的有限元模型， 按照施工阶段的步骤进行分步有限元仿 真计算， 得到有限元仿 真计算 结果； 所述分步有限元仿 真计算中， 施工阶段按照实际施工顺序定义； 每个施工阶段均计算 收缩和徐变效应， 计算时， 按照每个施工阶段激活和钝化有限元模型中的相应结构组、 边界 组和荷载 组， 从而建立各施工阶段的边界条件； 所述结构组包含的是单元与 节点； 所述边界 组包含的是所有部件间的连接与约束； 所述荷载 组包括自重荷载、 列车竖向荷载、 整体温度 荷载、 温度梯度荷载和不均匀沉降荷载； 步骤5： 在Midas  Civil后处理模式中， 提取步骤4中有限元仿真计算结果 中的弯矩和应 力数据， 分别绘制出轨道板、 自密实混凝土板和底座板的弯矩图与应力图， 用于 分析无砟轨 道的受力情况。 2.根据权利要求1所述一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法， 其特 征在于； 所述混凝 土收缩徐变模型通过 下述方案得到： 将施工所在地的温度随时间变化的数据以及湿度随时间变化的数据分别拟合为温度 时变函数T(t')和湿度时变函数H(t')； 将所述 温度时变函数T(t')和湿度时变函数H(t')耦 合到JTG 3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中收缩应变计算公式 中得到耦合 收缩模型； 将所述温度时变函数T(t')、 湿度时变函数H(t')和粉煤灰系数耦合 到JTG 3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中的徐变系数计算公式 中得到耦合徐变模型； 所述 温度时变函数是自变量为时间， 因变量为 温度的函数； 所述湿度 时变函数 是自变量 为时间， 因变量 为湿度的函数。 3.根据权利要求2所述一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法， 其特 征在于： 所述耦合收缩模型是将温度时变函数T(t')和湿度时变函数H(t')耦合到JTG  3362— 2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中 收缩应变计算 公式中所得到的， 其具 体表达式如下：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115130177 A 2式(1)中， εcsi+n(t,ts,T(t'),H(t'))为龄期为t时的收缩总应变， 是收缩应变的累加表 达式； 为当前计算 年内收缩应 变最大值； εcsi+n(b)(t,ts,T(t'),H(t') )为线性插值 求得后一 年内每天的收缩应 变增量； 为后一年收缩应变最大值； n取值为1～365的整数； εcsi初始 (t,ts,T(t'),H(t'))为初始计算的收缩应变； εs(fcm)为收缩与混凝土抗压强度相关的系 数； βRH为收缩与年平均湿度相关的系数； βsT为修正的名义收缩系数； βs(t‑ts)为收缩随时间 发展的系数； βsc为依水泥种类而定的系数； fcm为混凝土在28天龄期时的平均圆柱体抗压强 度； fcmo为10MPa； H(t')为湿度时变函数； H0为100％； T(t')为温度时变函数； T0为1℃； t为计 算考虑时刻的混凝土龄期； t'为计算龄期到计算龄期所在自然年1月1日的日期差值； ts为 收缩开始时的混凝土龄期； t1为1d； i为365的倍数； αst(T)为修正的收缩发展系数； h为构件 理论厚度； h0为100mm； 式(1)中， t'与计算龄期t之间的关系为： 式(2)中， 取其计算数值的整数部分。 4.根据权利要求2所述一种基于混凝土收缩徐变模型的无砟轨道受力分析方法， 其特 征在于： 所述耦合徐变模型是将温度时变函数T(t')、 湿度时变函数H(t')和粉煤灰系数耦合到 JTG 3362—2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中徐变系数计算公式中所 得到的， 其具体表达式如下：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115130177 A 3