1、 ICS 45.020 S04 TB 中华人民共和国铁道行业标准TB/T 3352一2014高速铁路无静轨道不平顺谱PSD of ballastless track irregularities of high-speed railway 2014-10-30发布2015-05-01实施国家铁路局发布、TB/T 3352-2014 目次前言.E1范围.2 规范性引用文件-3 术语和定义4 轨道不平顺谱.附录A(资料性附录)高速铁路实测无昨轨道不平顺谱及消峰处理图.3 附录B(资料性附录)高速铁路实测无昨轨道不平顺谱及拟合谱图.5附录C(资料性附录)高速铁路无昨轨道不平顺谱计算方法.7 附录D(
2、资料性附录)轨道不平顺谱计算误差分析.9 附录E(资料性附录)轨道周期性不平顺描述. . . 11 TB/T 3352-2014 E 前本标准根据GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准由铁道部标准计量研究所归口。自本标准起草单位:中国铁道科学研究院基础设施检测研究所、西南交通大学。本标准主要起草人:康熊、瞿婉明、刘秀披、黎国清、王卫东、田新宇、陶凯、陈东生、高建敏。TB/T 3352-2014 高速铁路无碎轨道不平顺谱1范圄本标准规定了线路速度300km/h - 350 km/h的高速铁路无昨轨道不平顺谱。本标准适用于线路速度300km/h田350km/h的高速铁路无昨轨道不平顺谱分
3、析，不适用于波长2m 以下轨道短波不平顺分析。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是在日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件:凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 25021-2010 航道检查车3 术语和定义GB/T 25021-2010确立的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1 空间频率spatial frequency 空间波长的倒数，量纲为11m。3.2 功率谱密度power spectral density ( PSD ) 信号在单位频率范围内的有限均方值，分为单边谱和双边谱两种。 . 3.3 轨道不平顺谱PSD
4、0 track irregularities 轨道不平顺信号的单边功率谱密度，简称轨道谱。4 轨道不平顺谱4.1 轨道不平顺谱描述轨道不平顺谱包括高低、轨向、轨距和水平四种轨道不平顺谱。轨道不平顺谱采用空间频率的单边功率谱密度描述，主要用于描述轨道不平顺随机部分。轨道不平顺谱量纲为mm2/(11m)。轨道不平顺谱图采用双对数坐标表示。4.2 轨道不平顺谱空间频率范围轨道不平顺谱空间频率范围为0.005(1 1m) - 0.5 (11m) ，对应的轨道不平顺波长范围为2m-200 m。4.3 轨道不平顺谱拟合预处理轨道不平顺包含随机性不平顺和周期性不平顺两部分，轨道不平顺谱描述的是轨道随机不平顺
5、特性，轨道不平顺谱拟合时应剔除实测不平顺中周期性谱峰的影响，剔除效果参见附录A。4.4 轨道不平l颐谱拟合公式轨道不平顺谱采用事函数公式(1)进行分段拟合。S(f)寺、，且，、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TB/T 3352-2014 式中:产一空间频率;A，k一一拟合公式系数。轨道不平顺平均谱分段拟合公式系数采用约束非线性最小优化方法计算，见表1;分段点空间频率和相应波长采用表1分段拟合公式系数和公式(1)计算，见表2。实测轨道不平顺谱和拟合轨道不平顺谱对比图参见附录Bo表1高速铁路无静轨道不平顺平均谱拟合公式系敢第1段第2段第3段第4段项目
6、A k A It A k A k 轨距不平顺5.497 8E -02 0.828 .010 lE -03 1. 9037 1. 8718E -04 4.5948 水平不平顺3.614 8E -03 1. 1278 4.368 5E -02 1. 046 1 4.586 7E -03 2.0939 轨向不平顺3.951 3E -03 t. 8610 1. 104 7E-倔1. 5354 7. .563 3E-04 2.811 1 高低不平顺1. 054 4E -05 1.3891 3.5.58 8E -03 1.姐711.978 4E -02 1. 3643 3.948 8E-04 3.4516
7、 表2商遮曹先路无带轨遭不平朋谱分段点空间翻事(11m)及对应波长(m)第1，2段第2，3段第3、4段项目空间频率空饲放*空间事空间波长空阔频率空间波长轨距不平顺。.10909.2 。.29383.4 水平不平顺。.但5838.8 0.1163 8.6 一轨向不平顺0.0450 22.2 0.1234 8.1 高低不平顺0.0187 3.5 0.0474 21. 1 0.153 3 6.5 轨道不平顺谱满足自由度为2的矿分布，由轨道不平顺平均谱估计百分位数谱的转换系数C，见表3。2 百分位数转换系数C表3轨道不平顺平均情到霄分位戴锚的转换黑撤轨道不平顺谱计算方法参见附录C。轨道不平顺谱计算误差
8、分析参见附录D。轨道周期性不平顺描述参见附录E。TB/T 3352一2014附录(资料性附录)高速铁路实测无排轨道不平顺谱及消暗处理固A 轨距不平顺谙轨距不平顺谱及消峰处理图参见图A.l。A.1 机卜-1-NU 10l0i. 10 0. 0.01 (自注定白白)【Hm嗣同Mm悔银0.1 0.01 空间频率(11m)O.I O.1 说明:一一轨距不平顺谱z一-肖峰厨轨距不平顺谱。轨距不平顺诺固A.1水平不平顺谱水平不平顺谱及消峰处理图参见圈A.2oA.2 r、 怀、队、N飞飞阳J民1 10 0.1 (【目、35%自百mAMm髓耀0.1 0.01 空间频率(l/m)0.01 O.1 说明:一一水平
9、不平顺谱:一一消峰后水平不平顺谱。3 水平不平顺谱固A.2TB/T 3352-2014 A.3 轨向不平顺谱轨向不平顺谱及消峰处理图参见图A.3。IIMIohw (自己是自自富的品销刨帮1 I I 1 -r-0. 1-. r-一己=I 户均.1.1且IL 问!4l.lh 巳当队li 4 4 4 ._ O.1 0.01 。.1空间频率(l/m)说明:轨向不平顺谱E一一消峰后貌向不平顺谱。圃A.3辙向不平顺晴A.4 高低不平顺溜高低不平顺谱及1肖峰处理图参见圃A.4。012川10配(SH可盲目洒自创栩榕1 I 11 扎l:J. Il i111 1 1 0.0()1 0.01 0.1 空间频率(11
10、m)说明高低不平顺谱;一-消峰后高低不平顺谱。4 圄A.4高低不平顺谱TB/T 3352-2014 附录(资料性附录)高速铁路实测无碎轨道不平服谱及拟合谱圄B 轨距不平顺谱轨距不平顺谱及拟合谱图参见图B.loB.1 N-严、队、问阳、,.11:; 吨;10 0.1 E :S s 罢。010,1 0.01 空间频率(11m)0.1 0.001 说明:轨距不平顺谱;一-拟合轨距不平顺谱。轨距不平顺谱圄B.1水平不平顺谱水平不平顺谱及拟合谱图参见图B.20B.2 一，一-队队 、.h 飞飞J飞革民100 10 0.1 (坦问)盲目XHEMmh阳很0.1 0.01 空间频率(11m)0.01 O.1
11、说明:一水平不平顺谱;-一拟合水平不平顺谱。5 水平不平腼谱圄B.2TB/T 3352-2014 轨向不平顺谱轨向不平顺谱及拟合谱图参见图8.3。B.3 1 10 0.01 0.1 (SH气盲目盲目也钳制耀0.1 空间频率(11m)。.01。.1说明:一一轨向不平顺谱z一一拟合轨向不平顺谱。轨向不平顺谱困8.3高低不平顺谱高低不平顺谱及报合谱图参见图8.40B.4 飞、4业、性、忏崎俨当i飞地i蜘问I例10 0.01 6.1 (宫、制定自aEEMmh胃耀0.1 空间频率(11m)O.1 Q.Ol 说明:一高低不平顺谱;一一拟合高低不平顺谱。高怪不平颐谱圄B.46 TB/T 3352一2014附
12、录C(资料性附录)高速铁路无排轨道不平顺谱计算方法C.1概述轨道不平顺谱主要采用快速傅立叶变换(F阿计算单元轨道不平顺幅值谱，由幅值谱计算单元轨道不平顺谱，对计算的全部单元轨道不平顺谱进行统计获取线路轨道不平顺谱。C.2 轨道不平顺检测波长范围高速铁路无昨轨道高低、轨向不平顺管理和检测波长范围为1.5m向120mo波长120m以上高低和轨向不平顺谱采用事画数外推获得。C.3 轨道不平顺预处理轨道不平顺检测数据由于外界环境干扰、传感器和数据采集、传输异常等原因包含粗大误差，简称异常值;同时由于标定误差和惯性器件温度漂移等原因，水平和轨距检测数据存在趋势项。因此，直接利用轨道不平顺检测数据计算轨道
13、不平顾谱误差较大，需要对检测数据进行预处理，剔除异常值和趋势项。C.4 轨道不平顺谱计算单元长度为了保证轨道不平顺谱计算精度，减小轨道不平顺谱偏度误差，轨道不平顺谱计算单元长度应大于轨道不平顺包含的最大波长的5倍。采样间隔为0.25m，实际计算长度建议为1024m(4096点)。C.5菌函数为了避免轨道不乎顺谱泄漏失真，需要对检测数据进行锥化处理，也就是加窗，采用加权曲线处理检测数据，计算轨道不平顺谱，再利用修正因子修正。常用的窗函数有:矩形(Rectangular)窗:r1 n=0 , 1,2,. ，N呻1(n) = lO n f,t 10 ,1 ,2 ,. ,N-ll . (C. 1) 三
14、角(Bartlett)窗:、，qtu pu ，.、且N J喝qhn vytjA .、，N1 t-t电NnrE、运。U、IF-且、yIN ，飞NM Ja飞鸣，-，M吨，鸣，缸, . ，、. = 、En J宫、w 汉宁(Hanning)窗:内)=(). S - O. 5cos(在)O:n :!i N -1 、，句3FU ，、飞海明(Hamming)窗:叫吵n川538到8-斗州0.4叫6布莱克曼(仰Blackman)窗:。运n:!iN-1 .( C.4) 内)=0.42 -0.5cos(扫)+0. 08cos(的余弦矩形(Tukey)窗:O:!in运N-1(5) 0.5-0.5c082旦旦N -1
15、Obsgl(N-1) 10 L(N-1)运n运主(N-1) 10- -, -10 主(N-1)白雪三(N-1) 10 (C.6) w(n) =p 0.5 -0.5cos豆豆旦N -1 7 TB/T 3352一2014常用窗函数性能对比参见表C.l。囊C.1常用菌函数性能对比窗函数最大旁瓣与主瓣峰值比泄漏因子主瓣宽度3 d8主瓣宽度d8 % 2节/NRectangular -13.3 9.14 4节/N0.879 Tukey -13.5 6.98 40霄/9N0.977 8artlelt -26.5 0.28 8IT/N 1.270 Hanning -31. 5 0.05 8节/N1.367 H
16、amming -42.5 0.03 8tF/N 1.270 8lackman 58.1 0.00 12节/N1.562 C.6 轨道不平顺谱计算方法轨道不平顺谱计算方法如下:a) 轨道不平顺按1024m划分单元;b) 剔除计算单元中轨道不平顺包含的异常值和趋势项:c) 根据检测速度和轨道不平顺标准差进行计算单元有效性判断;d) 对有效单元的轨道不平顺进行加窗处理，并进行FIT计算，记录单元的轨道不平顺谱;e) 对计算的全部轨道不平顺谱进行统计分析:f) 轨道不平顺谱消峰处理;g) 轨道不平顺谱公式拟合。8 TB/T 3352-2014 量附录D(资料性附录)轨道不平顺谱计算误差分析基于FFT方
17、法计算轨道不平顺谱的统计精度可以用标准化均方根误差来表示，按公式(D.1) 计算:句=叫f了=丰+均势fr . . . (D. 1) l! 2.! = (.，;十B)式中:f一一-空间频率(11m); S(一一轨道不平顺谱估计值;S(刀一一轨道不平躏谱真值;B.一一频率分辨率:L一一轨道不平顺计算总长度;B，一一随机误差:Bb一-偏度误差。从公式(D.1)可知:偏度误差随着B.增加而增大，而随机误差随着B.增加而蹒小，因此通过Be同时减小偏度误差和随机误差是矛盾的。但由于随机误差还随着L增加而减小，因此可以先根据偏度误差要求来确定矶，然后根据随机误差要求和已确定的Be确定总长度L。对于轨道不平
18、顺谱来说，轨道不平顺总长度L都能满足要求，由于轨道不平顺谱主要反映轨道随机不平顺谱，因此主要考虑轨道不平顺谱随机误差。按公式(D.2)计算轨道不平顺谱随机误差为B , = (BeL)- 2 若不考虑频率平滑，B按公式(D.3)计算为、.，句，D ，、B=_!_ L 、EF句3D ，.、式中:L一一直接用于F阿计算的轨道不平顺长度，单位为米(m)o考虑频率平滑时，频率平滑包括计算全部记录的谱，然后在相邻频率间对谱进行平均，频率分辨率按公式(D.4)计算为B =rxB. =丢. (D.4) 式中:r一一被平均的原谱的频率分量数。如果令分块数q按公式(D.5)计算:L q = L 、，gJ D ，、
19、9 TB/T 3352-2014 则轨道不平顺谱随机误差按公式(D.的计算为B , = ( ) (D.6) 由以上公式可知:一次计算的随机误差很大，达到100%，但随着分段次数的增加随机误差逐渐减小。如果分段100次，随机误差可以降到10%。因此，Be确定后，可以通过增加轨道不平顺谱的计算分段次数来降低随机误差，达到随机误差要求。10 矗TB/T 3352-2014 附景E(资料性附录)轨道周期性不平颐描述高速铁路无昨轨道在连续多跨相同跨度简支梁上的高低不平顺存在周期等于简支梁长的周期性不平顺;板式无昨轨道高低不平顺存在周期等于轨道板长的周期性不平顺，CTRS1型板式无昨轨道高低不平顺存在周期
20、等于底座板长的周期性不平顺。轨距和轨向不平顺存在周期等于钢轨定尺长的周期性不平顺。轨道周期性不平顺在轨道不平顺谱上都存在对应倍频谱峰。周期性轨道不平顺不能用谱密度表示，可以通过倍频能量表示。连续多跨32m简支梁和CRTSn型板式无昨轨道轨道板变形引起的高低周期性不平顺谱峰校大，相应的谱峰倍频能量参见表E.l。表E.1周期性商低不平顺倍频能量32 m简支梁CRTSn型板式元碎轨道轨道板倍频数2 3 4 l 2 频率0.0306 0.061 5 0.0918 0.122 1 0.1543 0.3086 11m 能量mm2 8.3812E呻028.158 2E -03 2.914 lE -03 2.
21、122 2E -03 1. 950 lE -02 4.286 7E -04 一11 ZONlN国伺伺H国LF华人民共和铁道行业标准高速铁路无排轨道不平顺谱PSD of ballastless track irregularities of high-speed railway T8/T 3352-2014 国中* 中国铁道出版社出版、发行( 100054，北京市西城区右安门西街8号)读者服务部电话:市电(010)51873174，路电(021)73174北京市民平开拓印刷厂印刷版权专有侵权必究* 1/16 印张:1 字数:21千字2015年2月第1次印刷开本:880mm x 1 230 mm 2015年2月第1版* 定价:10.00元
