基于光纤传感技术的钢轨变形监测可行性研究

光纤传感技术与传统的电类、机械类传感技术相比,具有抗电磁干扰能力强、使用方便、易维护等优点。本文探讨其应用于钢轨变形监测的可行性。首先,将两相邻弹性扣件之间钢轨受力形式简化为简支梁,通过理论分析得出钢轨中间点断面同一高度处应变与位移之间的关系;然后将分布式光纤和光栅传感器布设在钢轨简支梁上,通过试验测试数据得到位移与应变的关系,并分析了由应变推算钢轨变形的计算误差。研究结果表明:光纤传感技术在钢轨变形监测上是可行的;光栅传感器测量精度较分布式光纤精度高。研究结果为光纤传感技术在钢轨变形监测中的应用提供了技术支撑。     

光纤光栅应变传感器的温度补偿及其工程应用

在使用光纤光栅应变传感器对结构应变进行监测的过程中,为了解决光纤光栅的中心波长对温度与应变交叉敏感的问题,从光纤光栅传感器的微观结构及其工作时与混凝土的相互作用机理出发,给出了利用光栅温度传感器对光栅应变传感器进行点对点温度补偿的方法,通过对应变传感器测得的数据进行修正,来获得由荷载引起的结构真实应变值。利用实际工程中的测量数据对该方法进行了验证,得到了较为理想的效果。     

基于光纤光栅的钢轨应变测量关键技术研究

钢轨应变的监测在铁路线路的运营维护中具有重要意义。光纤光栅传感器相比传统传感器在稳定性、抗电磁干扰与准分布式测量等方面能够更好满足钢轨应变测量的需要。本文指出了光纤光栅传感器对载荷和温度应力的测量原理,建立光纤光栅中心反射波长漂移量与载荷和温度应力产生的钢轨应变的数学模型。使用光纤光栅传感器进行温度应力和动态载荷下的钢轨应变监测实验,并通过匹配光栅方法消除温度变化的干扰。实验结果表明光纤光栅应变传感器适用于钢轨应变的监测需要,具有良好的工作性能。     

光纤光栅锚端预应力传感器的研究

针对传统检测方法长期稳定性差、不能实现分布式测量、信号不能远距离传输等缺点,基于光线光栅的优点,以及预应力钢绞线的特殊结构和复杂工作情况,提出基于光纤光栅的预应力结构锚端传感测试方案,对光纤光栅预应力传感器进行研究。实验结果表明,该传感器重复性好,测量精度高,可以满足预应力锚端监测的需要。     

内嵌预压式大量程光纤光栅智能钢绞线的标定试验

内嵌预压式大量程光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)智能钢绞线解决了光纤光栅传感器监测量程不够的难题。为了保证光纤光栅智能钢绞线的应力应变测量精度,通过理论分析和静载试验标定了智能钢绞线FBG传感器的主要传感性能指标,并对传感器理论和试验应变灵敏度的误差进行分析,试验结果表明FBG传感器的传感性能满足工程要求,试验应变灵敏度Kε不小于1.17 pm/με,迟滞≤1.5%、线性度≤1%、重复性误差≤2.5%,总精度≤3%。     

光纤光栅应变特性及其在槽形梁试验量测中的应用

设计了一种等强度悬臂梁结构,将光纤光栅(FBG)粘贴于悬臂梁表面,研究光纤光栅波长与应变变化的关系,通过给等强度悬臂梁加载砝码,将光纤光栅传感器与电阻式应变片所测应变进行对比,结果表明光纤光栅具有良好的线性应变—波长特性。通过在光纤光栅上直接施加砝码研究了光纤光栅的应变量程及预拉力,在此基础上,研制了测试范围±2 000×10-6、分辨率1×10-6的钢筋式光纤光栅应变传感器,并在槽形梁受力性能试验中应用,与电阻式应变片的对比结果表明,光纤光栅传感器可以正确反映槽形梁在荷载作用下的受力状态。     

基于GFRP-OFBG筋的桥梁缆索索力测量技术研究

基于内嵌光纤Bragg光栅传感器的光纤光栅-玻璃纤维增强塑料复合筋(GFRP-OFBG筋),研究了GFRP-OFBG筋自身的应变和温度传感特性,研究结果表明,GFRP-OFBG智能筋具有优异的线性传感性能,筋中光栅测量的应变极限达12 000με以上,波长变化达14 nm;对于用GFRP-OFBG筋替换普通钢绞线的中丝而得到的GFRP-OFBG智能钢绞线,进行了应变传感、温度敏感和钢绞线松弛试验,试验结果表明,GFRP-OFBG智能钢绞线具有优异的线性传感性能和较低的应力松弛率,并可实现钢绞线受载全过程监测,绞线中光栅测量应变极限为11 568.2με,光栅波长变化为15.966 nm;对直接增加GFRP-OFBG筋制成的光纤光栅平行钢丝智能索和直接增加GFRP-OFBG智能钢绞线得到的光纤光栅平行钢绞线智能索,进行荷载传感试验,试验结果表明,智能索的感知线性度和重复性都比较好,并可监测70%以上公称破断索力。智能索工程应用案例表明,GFRP-OFBG筋智能拉索在实际工程中很容易得到车辆荷载下的响应曲线。     

地铁车站结构健康监测研究

首次建立地铁车站结构健康监测系统。运用光纤光栅传感器和振弦传感器,对施工期间的北京地铁10号线国贸站的车站结构进行了一系列监测。光纤光栅传感器和振弦传感器的监测数据吻合良好,捕捉到车站结构上部路面塌陷时结构内部的应变变化,并且监测到地铁车站二衬结构的受力状态。基于水化热理论和混凝土早龄期徐变理论,通过有限元方法,计算了车站结构底板的温度和中层板混凝土早龄期徐变,计算结果和监测数据吻合较好,考虑混凝土早龄期徐变的结果与监测数据更加接近。此外,基于GIS技术,开发了地铁车站结构监测信息管理系统。     

凹槽内嵌式封装光纤光栅应变传感器的温度特性

内嵌预压式封装解决了光纤光栅传感器存活率低、监测量程不足等问题,实现了光纤光栅传感器对钢绞线应变的实时健康监测。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器主要受轴向应变和温度特性影响,为保证其内嵌封装后对钢绞线应变监测的可靠性,以温度为变化参数对其进行水浴恒温试验,对比分析在5～100℃过程中FBG传感器内嵌式封装前后中心波长变化。试验结果表明:FBG的中心波长随温度升高呈线性增长,与初始波长无关;在钢绞线中心丝凹槽封装裸FBG后,温度灵敏度增大了1倍;当钢绞线使用环境温差达到30℃,温度的交叉影响可使FBG传感器的应变测量误差达到7.6%以上,且钢绞线应变越小误差越大;应在钢绞线中心丝不受力部位串联封装1个FBG传感器,以实现温度补偿减少误差。试验结束后,FBG传感器封装完好,所测试验数据仍具有良好的线性度和重复率,对温度有较好的适应性,为自感知钢绞线的工程应用提供了可靠依据。     

基于匹配光栅解调的FBG轨道传感器研究

通过光纤布拉格光栅(FBG)的传感原理研究基于匹配光栅解调的轨道传感器问题。依据匹配光栅检测应变的原理和列车载荷作用下钢轨应变分析,设计出一种检测钢轨局部轴向应变的光纤光栅轨道传感器方案;使用列车载荷模拟平台,对研制的轨道传感器功能进行了验证。不同环境温度、不同加载频率下采集到的实验数据表明:匹配光栅的解调方法能有效地解决温度应变交叉敏感带来的问题,满足对列车计轴的要求;并在构建交通动态测重系统(WIM)方面有好的发展前景。     

动车组万向轴振动监控装置报警阈值分析

针对动车组万向轴运用过程中出现的轴承润滑不良导致的动平衡超标及传动系统异常振动而影响行车安全的问题,研制了车载万向轴振动监控装置。通过在齿轮箱体和电机上安装振动传感器,以齿轮箱和电机测点的万向轴转频频段的振动信号为特征量,实时监测万向轴的健康状态;根据不同动平衡量级万向轴在不同转速下测点加速度响应的仿真分析、台架试验验证以及不同线路运行动车组万向轴现车振动数据统计分析,制定并优化车载报警阈值,并根据故障分级提供车载预警和报警信息。     

广州地铁三号线车辆用轴端接地装置结构分析与改进

文章针对广州地铁i号线车辆用轴端接地装置结构上的不足进行分析,并对定位支柱进行改进,通过改进加强了轴端接地装置的安全性和稳固性,能够消除轨道车辆的运行隐患。     

云桂铁路富平隧道斜井施工技术

结合云桂铁路富平隧道斜井的地形及地质特点,对比分析有轨提升出碴和无轨汽车运输2种不同方式在长大隧道斜井施工过程中的利弊;简要介绍无轨汽车运输系统机械选型配置;阐述斜井施工的技术要点和安全保障措施。实践证明,富平隧道斜井施工采用无轨运输,取得了良好的效果,可为以后长大隧道斜井施工提供参考和借鉴。     

光纤光栅传感技术在轨道交通车辆的应用

在论述国内外光纤光栅传感器生产厂商概况和光纤光栅传感技术的优势的基础上,分析列举了光纤光栅传感技术在轨道交通车辆的若干应用实例,展望光纤光栅传感器在轨道交通车辆上应用前景。随着光纤光栅传感技术的不断发展,以传统的测试系统逐步由光纤光栅测试系统所取代     

对乌鞘岭特长隧道斜井施工的思考

研究目的长大隧道采用增设辅助坑道、长隧短打的施工方法来缩短工期。本文以乌鞘岭特长隧道为例,阐述了斜井辅助坑道施工在长大隧道中的作用。重点说明了斜井辅助坑道的选型及不同斜井运输类型存在的问题,旨在为以后长大隧道采取斜井施工时提供一点经验。研究方法本文将乌鞘岭特长隧道的10#、11#两种不同形式的典型斜井施工方法作比较,将两者在实际施工中的应用和实际效果做类比,研究它们在特长隧道施工中的作用和利弊。研究结果通过10#、11#斜井实际的施工效果,可知两斜井在开设多个工作面辅助正洞施工方面优势相当,但10#无轨运输斜井综合利用指标略高于11#有轨运输斜井模式。研究结论长大隧道采用辅助坑道开设多个工作面,采取“长隧短打”的方法时,斜井是一种很好的辅助施工措施。但在确定斜井类型方案方面,则要综合全面考虑,解决好隧道施工“出碴、进料”两方面的问题。     

竖井混凝土衬砌滑模设计及施工技术

在长大隧道竖井衬砌浇筑施工中,采用常规翻模法施工效率较低。秦岭终南山隧道通风系统竖井衬砌混凝土施工中采用滑模施工技术大大提高了施工效率。介绍了竖井滑模的结构及滑模施工技术,对今后竖井衬砌混凝土的快速施工有重要的借鉴意义。     

CRH5型动车组万向轴传动系统监控装置研制

经车辆长期运用统计发现,若CRH5型动车组万向轴系统发生万向轴轴承磨损、十字节单元包润滑不良、万向轴平衡块松脱等故障,则最终表现为万向轴动平衡指标超出线路运用标准,即万向轴产生动不平衡附加力矩和传动系统产生异常振动。针对此问题,开发研制了车载万向轴传动系统监控装置,用以实时监测万向轴状态,并可提供故障分级的预警、报警信息。该监控装置在齿轮箱体和电机上安装振动传感器,通过检测万向轴动不平衡引起的振动信号的时频特性,诊断故障信息。通过不同动不平衡万向轴在不同转速下测点加速度响应的仿真分析,以及不同动不平衡万向轴装车线路的验证试验表明,以齿轮箱和电机测点的万向轴转频频段的振动信号为特征量,能较好地反映万向轴的振动状态。     

动车组万向轴轴承润滑故障分析及轴承结构设计优化

针对动车组万向轴运用维护过程中出现的轴承润滑不良导致动平衡超标、传动系统异常振动问题,通过万向轴结构及轴承润滑原理分析、故障万向轴运用里程和季节分布、故障万向轴动平衡检测及轴承分解后状态检查、故障轴承油脂理化检测、润滑脂性能评估、万向轴运行工况及轴承运动学分析等手段,得出万向轴轴承润滑不良的原因并提出轴承结构优化方案,为提高动车组传动系统可靠性提出了建议和思路。     

超大断面超深公路隧道通风竖井施工技术

针对关山隧道超大断面超深公路隧道通风竖井施工难度大、安全风险高等特点,通过采用凿井专用"大提升机"、"大吊桶"出碴、"大伞钻"进行深孔爆破作业的"三大一深"施工工艺,大大加快了现场施工进度,保障了现场施工安全及施工质量。通风竖井二衬和十字隔墙通过采用滑模技术,实现了同步浇筑,具有施工进度快、混凝土整体性好、无冷缝、混凝土外观质量好、节省材料、劳动力投入少等优点。这对于采用正井法开挖施工超大超深隧道通风竖井具有重要借鉴意义。