铁道建筑 October 2015 轨道检测系统 轮轨力检测系统 钢轨探伤系统 地面数据分析处理中心 隧道检测系统 〔轨道几何安全性和区段质量评判 线路限界检测系统 高速弓网综合检测系统 钢轨伤损评判 接触网几何状态评判 轨道综合刚度检测系 执道几何对舒适性的影响评 轨道巡检系统 轨道质量动态综合评价 接触网安全巡检系统 综合刚度评价 钢轨应力位移监测系统 度 状态评判 总公司 钢轨光带评判 钢轨焊缝裂纹监测系统 趋势预测 铁路局 固道岔和伸缩调节器监测系统 钢轨应力位移分析评判 路基沉降边坡稳定性监测系统 道岔和伸缩调节器状态评价 测[线路净空与异物侵入监测系统 轨道结构部件状态评判 维修策略 接触网及供电设备地面检测 触网动态运行质量综合评价 接触网与受电弓滑板监测 轨道状态变化趋势 接触网状态监测 轨道部件状态变化趋势 值偏差和区段整治策略 基于轨道状态预测的计划性维修方案 静态检查 轨道检查仪 钢轨打磨策略 〔轨下基础轨道结构等专项整治策略〕 图1高速铁路基础设施服役状态检测体系框架 通过该方法首次求解得到了我国高速铁路普遍采用的 5)掌握了超声导波群速度与温度及应力间的变 CHN60钢轨中超声导波的频散曲线,并通过半解析有化关系。通过在环行铁道进行的大量现场试验,掌握 限元方法实现了超声导波应力敏感度分析、激励响应了超声导波群速度与环境温度之间的对应关系,基于 分析。这些理论分析及求解的实现,为进一步研究大型钢轨拉压试验平台,获取了不同应力作用下导波 CHN60钢轨中超声导波的特性并将之应用于应力检群速度的变化规律。以上数据的获取,为继续研究我 测系统奠定了理论基础 国无缝线路所有型号钢轨内部温度应力与导波群速度 2)得到适合应力检测的最优模态。通过半解析的对应关系,建立完整的样本数据库奠定了理论基础。 有限元方法得到的多个理论分析结果,基于频率、应力2.2钢轨位移与爬行在线监测技术 敏感度、振型、激励位置偏离度、模态辨识度这5个因 考虑到现场复杂测量条件,研发了基于非接触测 子,提出了选取最优导波模态的指标模型。通过该模量技术的钢轨位移爬行在线监测系统和装备,建立了 型可以快速选取最适于我国高速铁路无缝线路应力检消除钢轨温度变化影响的温度补偿算法,实现了钢轨 测的超声导波模态,从而实现了理论分析到工程应用位移绝对值测量,并在室内进行验证,在大西高铁进行 的技术转化。 了现场监测应用。主要成果如下 3)超声导波群速度精确测量算法。主要包括激 1)基于现场测量条件,提出了基于非接触测量技 励波形控制算法、信号检测及处理算法、互相关等群速术的钢轨位移爬行在线监测系统的整体方案。采用非 度测量算法,实现了导波信号的接收、处理和超声导波接触式测量技术,该装置的测量单元主体利用磁致扭 群速度的精确测量 转波作为信号传输媒质,且波检测器只对旋转波特别 4)设计了导波激励和信号处理系统。根据半解灵敏,抗干扰性强,能在铁路现场长期工作。 析有限元得出的频散曲线和选取出的最优模态,设计 2)实现了钢轨位移绝对值测量。测量单元主体 了超声导波高压激励模块、信号处理和接收模块、无线接通电源后,即可确定位置磁铁的位置,工务部门维修 传输模块、数据存储模块,实现了导波信号的激励与接铁路、断电对测量精度不造成任何影响。因此,本装置 收、导波速度测量、数据的无线传输和存储,实现了对可以方便、稳定、有效地安装在铁路沿线,长期监测钢 无缝线路钢轨的应力检测 轨纵向位移量,进行钢轨纵向应力分析,从而避免胀轨铁 道 建 筑 October，2015 图 1 高速铁路基础设施服役状态检测体系框架 通过该方法首次求解得到了我国高速铁路普遍采用的 CHN60 钢轨中超声导波的频散曲线，并通过半解析有 限元方法实现了超声导波应力敏感度分析、激励响应 分析。这些 理 论 分 析 及 求 解 的 实 现，为 进 一 步 研 究 CHN60 钢轨中超声导波的特性并将之应用于应力检 测系统奠定了理论基础。 2) 得到适合应力检测的最优模态。通过半解析 有限元方法得到的多个理论分析结果，基于频率、应力 敏感度、振型、激励位置偏离度、模态辨识度这 5 个因 子，提出了选取最优导波模态的指标模型。通过该模 型可以快速选取最适于我国高速铁路无缝线路应力检 测的超声导波模态，从而实现了理论分析到工程应用 的技术转化。 3) 超声导波群速度精确测量算法。主要包括激 励波形控制算法、信号检测及处理算法、互相关等群速 度测量算法，实现了导波信号的接收、处理和超声导波 群速度的精确测量。 4) 设计了导波激励和信号处理系统。根据半解 析有限元得出的频散曲线和选取出的最优模态，设计 了超声导波高压激励模块、信号处理和接收模块、无线 传输模块、数据存储模块，实现了导波信号的激励与接 收、导波速度测量、数据的无线传输和存储，实现了对 无缝线路钢轨的应力检测。 5) 掌握了超声导波群速度与温度及应力间的变 化关系。通过在环行铁道进行的大量现场试验，掌握 了超声导波群速度与环境温度之间的对应关系，基于 大型钢轨拉压试验平台，获取了不同应力作用下导波 群速度的变化规律。以上数据的获取，为继续研究我 国无缝线路所有型号钢轨内部温度应力与导波群速度 的对应关系，建立完整的样本数据库奠定了理论基础。 2. 2 钢轨位移与爬行在线监测技术 考虑到现场复杂测量条件，研发了基于非接触测 量技术的钢轨位移爬行在线监测系统和装备，建立了 消除钢轨温度变化影响的温度补偿算法，实现了钢轨 位移绝对值测量，并在室内进行验证，在大西高铁进行 了现场监测应用。主要成果如下: 1) 基于现场测量条件，提出了基于非接触测量技 术的钢轨位移爬行在线监测系统的整体方案。采用非 接触式测量技术，该装置的测量单元主体利用磁致扭 转波作为信号传输媒质，且波检测器只对旋转波特别 灵敏，抗干扰性强，能在铁路现场长期工作。 2) 实现了钢轨位移绝对值测量。测量单元主体 接通电源后，即可确定位置磁铁的位置，工务部门维修 铁路、断电对测量精度不造成任何影响。因此，本装置 可以方便、稳定、有效地安装在铁路沿线，长期监测钢 轨纵向位移量，进行钢轨纵向应力分析，从而避免胀轨 2