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原文传递基于最优化理论的既有铁路曲线整正方法研究及应用

论文题名：	基于最优化理论的既有铁路曲线整正方法研究及应用
关键词：	既有铁路;曲线整正优化;绳正法;坐标法;曲线拨距误差;维修工作量
摘要：	铁路线路在经过长时间的运营和养护维修后，其平面位置很容易发生错位和变形。这种变形和错位在曲线地段更加严重，曲线的线型发生改变，引起曲线轨道不圆顺，而曲线轨道不圆顺则直接影响到列车运行的安全性和旅客舒适度。为确保列车安全平稳的运行，必须定期对曲线方向进行检查，必要时进行曲线整正，恢复曲线设计时的圆顺程度。研究既有线曲线整正方法及其拨距优化方法，以保证列车安全、平稳和不间断运行，具有特别重要的意义。　　既有铁路曲线整正主要有三种方法：绳正法、偏角法、坐标法。本文主要根据各种方法的基本理论及其计算方法，推导得到了三种方法之间的转化公式，并结合大量现场实测数据进行分析。由于绳正法与偏角法都是基于渐伸线原理，所以两种方法经过转化后计算的拨距很接近，其计算误差随着偏角的增大而增大。由于通过渐伸线理论来计算曲线拨距是一种近似计算，其理论应用具有一定的适用范围。通过对坐标法和偏角法转化后相应的数据分析可以得出，渐伸线法计算的拨距误差随着偏角的增大而增大，对于无缝线路，当曲线转角不超过1弧度时，渐伸线理论计算的拨距误差较小，能够满足曲线拨距计算精度的要求。而当曲线转角大于1弧度时，渐伸线法计算拨距的误差值随半径的增大而减小，而随转角的增大而增大，当转角接近180度其计算误差最大。　　曲线整正优化就是选择一条与既有曲线最为接近的曲线，使各测点的拨距值最小。本文利用优化理论对曲线拨距进行优化，采用等缓长整体优化方法，以各测点拨距的平方和最小作为目标函数，根据偏角法和坐标法的分段拨距计算公式，推导了其目标函数的梯度公式。结合大量的现场数据，分别对绳正法、偏角法、坐标法进行拨距优化分析。在拨距优化中，各种优化方法的计算结果很接近，而且其优化结果与网格法的结果相差很小。约束优化算法乘子法的优化结果与其他无约束算法的结果相差较小，但需添加约束函数及其偏导数矩阵，计算相对较复杂。可以看出，如果初值选取时可以由曲线现场测量数据进行线性拟合进行选取，则无约束优化算法也可用于拨距优化，且计算结果与约束优化算法相差不大，尤其是拟牛顿法中的对称秩一迭代收敛很快。采用10m弦绳正法进行附带曲线整正优化时，由于附带曲线中无缓和曲线，所以在优化计算中只有半径一个变量。附带曲线通过优化后，可以有效减小附带曲线的拨量，有利于附带曲线线型保持及列车平稳安全的运行。　　结合Excel特性，分别介绍了绳正法、偏角法、坐标法利用Excel规划求解进行拨距计算及优化的方法。并通过大量的现场数据验证，表明Excel规划求解器的优化结果与和程序的优化结果符合程度较高，而且都与网格法的结果几乎一致。优化后的拨距与以曲线参数初选值计算的拨距相比，有大幅减小，更有利于曲线线型的保持。在绳正法Excel优化的基础上，在保持曲线原有计划正矢的前提下，对计划正矢的微调（-0.5mm～0.5mm）可以进一步减小曲线拨距，减小线路的养护维修工作量。
作者：	候茂盛
专业：	建筑与土木工程
导师：	姚德新;刘永孝;汤军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文