高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)檢測關(guān)鍵理論與方法結(jié)題摘要

針對高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)安全長效服役急需的三項(xiàng)關(guān)鍵檢測內(nèi)容，應(yīng)用理論研究、仿真分析、現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的方法，開展軌道幾何不平順高效檢測、無縫線路狀態(tài)監(jiān)測、軌道剛度移動(dòng)檢測的理論與方法研究，探索構(gòu)建面向工務(wù)維護(hù)及實(shí)時(shí)反饋的檢測評估體系。取得的重要成果有：（1）建立車輛-軌道空間耦合動(dòng)力學(xué)模型，得出了影響車輛-軌道耦合系統(tǒng)振動(dòng)的敏感波長分布特征，用于識(shí)別空間曲線的不平順狀態(tài)。（2）以相對測量提升檢測效率，引入靜態(tài)絕對測量數(shù)據(jù)平差以控制整體精度，形成高效的軌道幾何檢測技術(shù)。（3）提出了一類改進(jìn)N點(diǎn)弦測法，形成一系列的衍生軌道不平順測量方法。（4）基于快速檢測的方法，形成了軌道幾何不平順控制和評價(jià)體系。（5）將多種研究成果進(jìn)行整合，研發(fā)試制了軌道多功能檢測小車，能夠進(jìn)行軌道長波不平順、軌道短波波磨及鋼軌光帶的檢測。（6）基于波譜單元 辛數(shù)學(xué)建立的車輛?軌道耦合頻域計(jì)算模型，高效預(yù)測扣件彈性膠墊的寬頻動(dòng)力性能對高頻振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律。（7）建立雙自由度解析及多自由度數(shù)值模型兩種軌道動(dòng)剛度計(jì)算模型，并提出動(dòng)剛度反演扣件剛度的方法。（8）研制了能夠移動(dòng)定點(diǎn)檢測軌道剛度的軌道剛度檢測小車，可現(xiàn)實(shí)在線軌道寬頻動(dòng)剛度值的獲得。（9）建立周期性支撐的軌道梁模型并推導(dǎo)軌道剛度的方法，進(jìn)行了軌道平順度及健康狀況的評估試驗(yàn)。（10）分析了溫度等外荷載作用下無縫線路狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律及敏感性，并探索了鋼軌縱向應(yīng)力-應(yīng)變修正方法。（11）建立高架站-無砟軌道-道岔長期監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高架站軌道系統(tǒng)服役狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控與預(yù)測預(yù)警。（12）開展了無縫線路檢測與監(jiān)測的室內(nèi)外試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果良好。（13）構(gòu)建了高速道岔功能狀態(tài)的監(jiān)測系統(tǒng)。其成果對確保高速列車的安全運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)的科學(xué)養(yǎng)護(hù)維修具有十分重要的意義。 2100433B

針對高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)安全長效服役急需的三項(xiàng)關(guān)鍵檢測內(nèi)容，應(yīng)用理論研究、仿真分析、現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的方法，開展軌道幾何不平順高效檢測、無縫線路狀態(tài)監(jiān)測、軌道剛度移動(dòng)檢測的理論與方法研究，探索構(gòu)建面向工務(wù)維護(hù)及實(shí)時(shí)反饋的檢測評估體系。將建立基于空間曲線、動(dòng)靜結(jié)合的軌道幾何不平順高效檢測理論，提出考慮波長影響的軌道不平順評價(jià)和控制方法，指導(dǎo)新型軌檢儀的研發(fā)。將建立基于雙向應(yīng)變法、光纖光柵法、無線自組網(wǎng)技術(shù)、Web網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的無縫線路狀態(tài)檢測理論，提出高敏感區(qū)段多參數(shù)、多源評判的綜合評估理論，為研制無縫線路狀態(tài)長期、廣域監(jiān)測平臺(tái)提供理論及技術(shù)支持。研究軌道剛度與鋼軌模態(tài)參數(shù)的相關(guān)規(guī)律，建立基于人工激勵(lì)、模態(tài)參數(shù)識(shí)別軌道剛度檢測理論，提出移動(dòng)式激振及拾振技術(shù)，為軌道剛度在線檢測提供新思路。其成果對確保高速列車的安全運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)的科學(xué)養(yǎng)護(hù)維修具有十分重要的意義和良好的應(yīng)用前景。

本書針對影響高速鐵路軌道平順性的檢測與評價(jià)的若干關(guān)鍵問題，在總結(jié)現(xiàn)有軌道幾何狀態(tài)檢測與監(jiān)測技術(shù)、軌道剛度檢測方法、無縫線路狀態(tài)監(jiān)測理論、無砟軌道病害檢測方法和高速道岔狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了我國高速鐵路軌道平順性檢測與監(jiān)測方面面臨的主要挑戰(zhàn)；系統(tǒng)研究了軌道靜態(tài)不平順的高效檢測理論與方法、軌道不平順的動(dòng)力學(xué)控制理論及評估技術(shù)、軌道寬頻動(dòng)剛度的檢測理論與方法、基于模態(tài)的無砟道床傷損檢測理論與方法、影響高速鐵路高平順性的無縫線路斷軌與溫度力監(jiān)測技術(shù)，及高速道岔鋼軌裂紋監(jiān)測技術(shù)等；提出了加強(qiáng)我國高速鐵路軌道平順性檢測、監(jiān)測與評估的若干建議。

第1章 緒論1

1.1中國高速鐵路軌道維護(hù)檢修體系2

1.2現(xiàn)代軌道幾何狀態(tài)檢測與監(jiān)測技術(shù)4

1.2.1軌道幾何狀態(tài)檢測技術(shù)的主要分類4

1.2.2軌道動(dòng)態(tài)不平順檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀4

1.2.3軌道靜態(tài)不平順檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀7

1.2.4其他相關(guān)檢測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用9

1.2.5軌道狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用12

1.3高速鐵路軌道平順性檢測面臨的主要挑戰(zhàn)14

參考文獻(xiàn)16

第2章 高速鐵路軌道靜態(tài)平順性檢測19

2.1高速鐵路軌道平順性的精密工程測量與控制19

2.1.1高速鐵路軌道精密工程測量19

2.1.2軌道空間幾何線形控制方法20

2.2基于中點(diǎn)弦測法反演的軌道不平順檢測21

2.2.1基于中點(diǎn)弦測法的逆濾波法21

2.2.2基于中點(diǎn)弦測法反演的軌道不平順檢測理論27

2.2.3基于高頻采樣的中點(diǎn)弦測法39

2.3基于一弦多點(diǎn)弦測法反演的軌道不平順檢測47

2.3.1一弦N點(diǎn)弦測法的數(shù)學(xué)模型47

2.3.2一弦N點(diǎn)弦測系統(tǒng)誤差分析53

2.4基于最優(yōu)多點(diǎn)弦測法反演的軌道不平順檢測66

2.4.1最優(yōu)化問題描述67

2.4.2優(yōu)化方案69

2.4.3一弦N點(diǎn)的單測點(diǎn)弦測法70

2.4.4最優(yōu)兩點(diǎn)弦測法72

2.4.5其他多點(diǎn)弦測法75

2.4.6最優(yōu)多測點(diǎn)弦測法的優(yōu)化率80

2.5慣性導(dǎo)航系統(tǒng)檢測82

2.5.1慣性導(dǎo)航技術(shù)簡介82

2.5.2慣性導(dǎo)航系統(tǒng)檢測理論82

2.5.3慣性導(dǎo)航偏移分析86

2.6相對與絕對結(jié)合的高效檢測87

2.6.1軌道不平順相對測量技術(shù)87

2.6.2軌道不平順絕對測量技術(shù)87

2.6.3相對與絕對結(jié)合的檢測技術(shù)88

2.6.4軌檢儀的優(yōu)化研究90

參考文獻(xiàn)93

第3章 高速鐵路軌道不平順動(dòng)力學(xué)控制與評估95

3.1國內(nèi)外軌道不平順的評價(jià)方法96

3.1.1軌道局部不平順評價(jià)方法96

3.1.2軌道整體不平順評價(jià)方法101

3.1.3功率譜密度評定軌道平順狀態(tài)108

3.2軌道不平順與輪軌系統(tǒng)的頻率響應(yīng)規(guī)律114

3.2.1車輛軌道空間耦合系統(tǒng)頻響分析模型114

3.2.2車輛軌道空間耦合系統(tǒng)典型頻響規(guī)律分析129

3.3軌道不平順的敏感波長分析142

3.3.1高低不平順的敏感波長分布142

3.3.2水平不平順的敏感波長分布144

3.3.3軌向不平順的敏感波長分布146

3.3.4軌距不平順的敏感波長分布148

3.4基于動(dòng)力學(xué)的軌道不平順評價(jià)方法149

3.4.1軌道不平順波長權(quán)重函數(shù)150

3.4.2軌道不平順的重構(gòu)164

3.4.3考慮波長權(quán)重的軌道不平順管理值193

3.5應(yīng)用案例分析199

3.5.1軌道不平順數(shù)據(jù)樣本199

3.5.2動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析201

3.5.3峰值管理203

3.5.4均值管理206

參考文獻(xiàn)209

第4章 軌道寬頻動(dòng)剛度檢測211

4.1軌道寬頻動(dòng)剛度檢測概述211

4.1.1結(jié)構(gòu)的靜剛度與動(dòng)剛度211

4.1.2結(jié)構(gòu)剛度的計(jì)算方法212

4.1.3軌道垂向剛度212

4.2國內(nèi)外軌道剛度檢測技術(shù)現(xiàn)狀214

4.2.1軌道結(jié)構(gòu)部件剛度的測量214

4.2.2軌道整體剛度的測量222

4.2.3軌道剛度測量方法分析與比較235

4.3軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征238

4.3.1軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性238

4.3.2軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的控制與應(yīng)用241

4.3.3軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力特性仿真243

4.3.4軌道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力特性的參數(shù)244

4.4軌道結(jié)構(gòu)寬頻動(dòng)剛度計(jì)算理論245

4.4.1兩自由度的軌道動(dòng)剛度計(jì)算模型245

4.4.2多自由度的軌道動(dòng)剛度計(jì)算模型246

4.4.3有砟軌道結(jié)構(gòu)的寬頻動(dòng)剛度計(jì)算247

4.5軌道結(jié)構(gòu)寬頻動(dòng)剛度測試方法250

4.5.1力錘激勵(lì)法250

4.5.2小車檢測法257

參考文獻(xiàn)263

第5章 高速鐵路無砟軌道傷損檢測265

5.1無砟軌道傷損及檢測技術(shù)概述265

5.1.1無砟軌道主要傷損類型265

5.1.2無砟軌道傷損檢測現(xiàn)狀268

5.2模態(tài)法檢測無砟軌道傷損269

5.2.1基于固有頻率的結(jié)構(gòu)傷損檢測269

5.2.2基于曲率模態(tài)的無砟軌道傷損檢測270

5.2.3基于高斯曲率的無砟軌道傷損檢測277

5.2.4模態(tài)法檢測傷損試驗(yàn)280

5.3基于沖擊回波法識(shí)別無砟軌道傷損282

5.3.1沖擊回波法的檢測原理282

5.3.2沖擊回波法的數(shù)值仿真285

5.3.3沖擊回波法檢測傷損試驗(yàn)291

5.4無砟軌道傷損檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)294

5.4.1系統(tǒng)方案295

5.4.2檢測系統(tǒng)硬件設(shè)備296

5.4.3檢測系統(tǒng)裝置298

5.4.4信號處理299

5.4.5檢測系統(tǒng)識(shí)別傷損301

參考文獻(xiàn)302

第6章 無縫線路溫度力及斷軌監(jiān)測303

6.1無縫線路監(jiān)測及檢測技術(shù)304

6.1.1傳統(tǒng)監(jiān)測方法304

6.1.2新型監(jiān)測方法305

6.2無縫線路中鋼軌溫度力測試306

6.2.1雙向應(yīng)變法測試原理及組橋方案307

6.2.2鋼軌截面溫度變化對測量誤差的影響311

6.2.3基本溫度力與附加縱向力的分離研究315

6.2.4異包層光纖光柵傳感器的室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證319

6.2.5現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證321

6.3高架站橋上無縫道岔監(jiān)測系統(tǒng)322

6.3.1橋上無砟道岔的狀態(tài)控制指標(biāo)322

6.3.2橋上無砟道岔敏感區(qū)域323

6.3.3高速鐵路高架站軌道系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的主要內(nèi)容330

6.3.4主要監(jiān)測技術(shù)332

6.3.5高架站無縫道岔監(jiān)測系統(tǒng)的主要組成333

6.3.6監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)預(yù)測、報(bào)警和預(yù)警335

參考文獻(xiàn)336

第7章 高速道岔鋼軌裂紋監(jiān)測338

7.1道岔鋼軌傷損檢測及監(jiān)測技術(shù)338

7.1.1鋼軌傷損分類338

7.1.2國內(nèi)外道岔監(jiān)測系統(tǒng)339

7.1.3鋼軌傷損檢測及監(jiān)測技術(shù)341

7.2基于聲發(fā)射技術(shù)的道岔鋼軌裂紋傷損識(shí)別算法347

7.2.1經(jīng)典聲發(fā)射信號處理算法347

7.2.2能量譜比值法348

7.2.3基于小波包分析的聲發(fā)射信號處理354

7.2.4基于大數(shù)據(jù)的聲發(fā)射信號處理361

7.2.5海量數(shù)據(jù)測試及結(jié)果372

7.3高速道岔鋼軌裂紋監(jiān)測系統(tǒng)373

7.3.1道岔監(jiān)測系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)原則374

7.3.2道岔監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念374

7.3.3系統(tǒng)架構(gòu)375

7.3.4系統(tǒng)組成375

7.3.5功能設(shè)計(jì)378

7.3.6室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證380

7.3.7信號在鋼軌中衰減試驗(yàn)381

參考文獻(xiàn)382