光栅位移计在高速铁路钢轨横向变形监测中的应用研究北大核心

通过对高速铁路钢轨受力特点和光栅传感器特点进行分析,研究了光栅位移计在高铁钢轨横向变形监测中应用的可行性。根据高铁现场横向变形监测要求和现场条件确定光栅位移计布设工序,对现场布设光栅位移计采集的数据和现场运营状况进行综合分析,论证了光栅位移计在高铁钢轨横向变形监测中的适用性。     

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。     

我国高速铁路钢轨和道岔打磨技术应用与实践

针对我国高速铁路早期由于轮轨匹配不良出现的高铁动车组构架横向加速度报警、抖车、晃车和波磨等现象,提出用钢轨打磨方法解决轮轨匹配不良问题,进行廓形打磨技术研究与实践,改善和优化我国高速铁路轮轨型面匹配关系,从工务方面解决了高铁动车组构架横向加速度报警等问题。通过大量现场调研及实践,提出钢轨和道岔打磨工艺规范及标准,形成了我国高速铁路钢轨和道岔打磨成套技术。     

温度力作用下单元板式无砟轨道钢轨横向变形研究

为了研究无砟轨道钢轨横向稳定性,以曲线上单元板式无砟轨道无缝线路为对象,建立包括钢轨、扣件、轨道板和限位部件的无砟轨道钢轨横向变形计算模型,结合不同轨道板长度分析钢轨在温度力作用下的横向变形特性,讨论不同、限位部件弹性和初始弯曲半波长对钢轨横向变形幅值和扣件横向抗力的影响。计算表明,巨大温度力可导致钢轨沿线路纵向产生以轨道板为波长的周期横向不平顺,在小半径曲线地段,应采用刚度较大且塑性变形小的弹性限位垫层材料,重视半波长过小的初始弯曲的治理,并加强对钢轨横向位移和板端扣件使用状态的监测。     

高速铁路大跨度桥梁钢轨伸缩调节器区轨道结构健康监测系统设计及应用

钢轨伸缩调节器所在地段是线路的薄弱环节。为实时掌握钢轨伸缩调节器的运营状态,结合高速铁路运营需求,设计了高速铁路大跨度桥梁钢轨伸缩调节器区轨道结构健康监测系统。系统以钢轨伸缩调节器区轨道结构为监测对象,利用光纤光栅传感和视觉测量技术,采用B/S模式,实现轨道结构监测的数据可视化、报表生成、评估分析和分级预警。目前,研究成果已在宁安铁路安庆长江大桥、合福高铁铜陵长江大桥中部署应用,为铁路工务部门养护维修提供依据。     

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。     

光纤传感技术在铁路检测监测中的应用研究

光纤传感技术具有抗电磁干扰、精度高等特点,可以作为铁路现场检测监测的一种重要技术手段。介绍了多种光纤传感技术的原理和特点,及其在铁路边坡变形或滑坡监测、车体状态监测、列车定位与测速等场景下的工程应用情况。以高铁沿线栅栏状态监测为例,对光纤传感技术在铁路现场的应用进行了分析,并提出建议。     

基于长标距光纤光栅传感器的连续梁桥监测技术

对光纤光栅传感器的原理进行理论分析,提出长标距光纤光栅传感器的概念,提出长标距光纤光栅传感器的制作工艺,分析长标距光纤光栅传感器的应用特点,将长标距光纤光栅传感器应用于大跨径预应力混凝土连续梁桥的施工过程与长期监测,优化提出布设方案及布设施工工艺,对桥梁关键截面的应力监测数据与理论数据进行对比分析,结果表明长标距光纤光栅传感器具有实测数据稳定、可靠、精确和准分布等优点,能实现对桥梁应力、温度等多项内容的实时监测,是一种有效的结构监测传感器。     

高速铁路桥隧过渡段钢轨温度和横向变形试验

高速铁路过渡段无砟轨道可能产生以"碎弯"形式出现的钢轨横向变形,影响高速列车运行的平稳性、舒适性和安全性。以合福高速铁路桥隧过渡段为研究对象,对轨温和钢轨横向变形进行长期连续测试与分析,研究结果表明:同一时刻,钢轨沿线不足10 m范围内温差可达20℃以上,对钢轨变形产生不利影响;钢轨横向变形随着日温升降呈现周期性的变化,日波动量最大为0.25 mm;钢轨横向变形随着时间的推移呈累积增加之势,测试期间累积变形量为0.5~2 mm左右,累积速率为-0.016 32~+0.004 32 mm/d;左右2股钢轨均呈现波长为4倍扣件间距的"碎弯",最大波幅为2 mm,最大轨距偏差为1.3 mm。研究成果对于进一步揭示钢轨横向变形机理、提高无砟轨道平顺性、保证行车安全和舒适具有指导意义。     

铁路超重货物作用下轨道路基动态响应试验研究

为探讨超重货物作用下轨道路基动态响应规律,通过现场试验和ANSYS数值模拟进行研究。现场试验采用加速度计、位移计和土压力盒等元器件,测试轨道路基结构动态响应参数,并将测试结果与现有规范和数值模拟结果进行比较分析,评估在该试验线路上开展超重货物运输的可行性。研究结果表明:超重货物作用下,该试验线钢轨强度和变形均满足试验标准;道床与基床动应力模拟值略大于实测值,但总体趋势基本保持一致,实测值均未超出材料的容许值;基床顶面竖向变形为1.93 mm,残余变形为1.39 mm,基床较大残余变形会引起钢轨的不平顺,进而会加剧基床的破坏。建议在超重货物运输过后,要及时对线路进行养护维修,确保其他列车的安全运行。     

运营高速铁路重点地段综合变形监测评估方法研究

高铁铁路运营阶段将对重点变形观测地段展开长期性、周期性的变形监测,是保障高铁线路平顺性的重要工作。本文基于某铁路局运营高速铁路重点地段变形监测咨询评估项目的长期实践,进行以下研究:(1)分析咨询评估流程,基于各关键环节建立咨询评估体系,在过程中进行质量控制;(2)阐述区段变形分析、数据质量分析、预警机制与重点段调整等评估工作重难点问题;(3)提出断面沉降监测、CPⅢ不定期复测、横向变形监测、轨道逐枕全几何尺寸测量等成果的综合变形分析方法,结合实例进行分析。本文研究成果对高速铁路重点地段变形监测咨询评估体系建立有借鉴意义,提出的综合变形分析方法可为轨道养护维修提供依据。     

光纤光栅传感器在桥上无缝道岔结构模型试验中的应用

以桥上无缝道岔模型结构为基础,在岔区布置光纤光栅传感器,对道岔模型结构在钢轨与梁体升温过程中钢轨纵向力进行监测。通过理论计算与试验结果的对比分析,证明了光纤光栅传感器在桥上无缝道岔模型试验中应用的可行性,分析了在桥上岔区CRTSⅡ型板式无砟轨道与CRTSⅠ型无砟轨道的受力情况,同时预测了光纤光栅传感器在客运专线中的应用前景。     

邻近既有高铁岩溶地基联控注浆加固试验研究

为防止新建铁路注浆施工对邻近既有高铁运营安全产生不利影响,结合徐州东站扩建工程,利用新研发的联控注浆设备开展邻近既有高铁的岩溶地基注浆现场试验研究:分析了岩溶地基注浆过程中各注浆孔注浆量的分布特点;提出了注浆压力-流速-时间(P-Q-t)曲线规律;得到了注浆过程及注浆后既有高铁路基坡脚和路肩处竖向位移的变化规律;验证了联控注浆设备能够基于既有高铁路基变形的监测结果控制注浆施工活动,保证注浆引起的变形在要求范围内,不会对既有高铁安全造成不利影响。     

路基膨胀诱发无砟轨道上拱的试验及数值计算分析

为探明高速铁路路基膨胀机理及其诱发的钢轨上拱响应规律,对出现上拱病害的工点进行现场分层变形监测,并利用新型粗粒土膨胀仪开展室内试验探究该工点路基泥岩膨胀率与含水率间的相关关系,最终结合DEM-FDM耦合的数值模拟手段,系统分析泥岩路基不同膨胀率下双块式无砟轨道的钢轨上拱位移及轴向应力分布规律.现场分层变形监测结果显示路基层具有一定膨胀潜势,路基泥岩膨胀变形引起了钢轨的上拱位移;室内试验表明取样工点路基泥岩在现场含水率下的膨胀率达到5.455％,路基泥岩膨胀率与含水率间遵循Logistic函数关系;数值模拟计算结果表明钢轨上拱量与泥岩路基膨胀率间服从Logistic分布,钢轨轴向应力改变量与泥岩路基膨胀率服从Nelder分布.     

高铁钢轨三点法打磨技术的检测仿真

检测仿真高铁钢轨三点法打磨技术有助于实现钢轨打磨在线检测,节约高铁钢轨维护时间,提升打磨质量与效率。对高铁钢轨三点法打磨技术进行检测仿真,并对仿真结果进行研究分析,验证该技术的实际应用性能。结果表明,三点法测量高铁钢轨打磨砂轮磨损可行,可在实际中推广应用。     

基于光栅测量的钢轨磨损检测定标方法

目前国内钢轨磨损测量主要采用接触式测量,具有测量精度高的特点,但设备探头容易磨损,需要定期矫正或更换。针对当前钢轨磨损测量的基本要求,利用基于光栅测量的非接触式钢轨磨损测量方法,采用TSAI方法进行定标,能克服接触式测量方法在使用过程中因机械磨损而带来测量误差的问题,能有效提高钢轨的测量精度。1算法设计经过大量现场调研后,利用钢轨的特征不变性,采用基于光栅测量的非接触式钢轨磨损测量方法。定义3种     

路桥过渡段基床填料膨胀诱发无砟轨道上拱规律研究

无砟轨道路基膨胀诱发钢轨上拱是高铁建设运营面临的常见病害之一,路桥过渡段是路基膨胀病害的高发路段,为研究高铁路桥过渡段路基膨胀后钢轨上拱分布及路基结构变形规律。以一处典型过渡段路基膨胀工点为例,通过现场监测和室内试验判别轨道上拱情况及路基膨胀层位,并通过数值模拟计算研究路基基床膨胀对过渡段路基结构的影响规律。研究结果表明:水流下渗与基床填料中的蒙脱石作用是导致填料发生膨胀的主要诱因;桥梁对路基膨胀引起的钢轨上拱具有明显的阻隔效应,临近桥台侧钢轨上拱变化范围明显小于远离桥台侧;路桥过渡段基床填料膨胀率为0.08%时,钢轨上拱量达到无砟轨道钢轨上拱可调节临界值4 mm;临近桥台侧钢轨轴向应力峰值远大于远离桥台侧。     

钢轨长实体模型在不同频段的振动及传递特性分析

钢轨的振动与噪声问题以及一些钢轨病害是轨道交通中比较重视的问题,认清钢轨在不同频率下的真实振动特性是解决这些问题的关键。本文应用长实体模型研究钢轨在不同频率下的垂、横向振动与传递特性,对比其与钢轨梁模型在钢轨振动特性研究中的差别,给出能够准确表明钢轨振动传递特性的导纳及振型。研究表明:钢轨在小于钢轨共振频率时的振型类似于静弯变形,大于钢轨共振频率时钢轨振动呈现多波振型。随着垂、横向振动频率进一步增加,钢轨截面产生变形。高频时长实体模型能够真实地反映钢轨的实际振动特性,钢轨Euler梁和Timoshenko梁模型适用截面未发生变形前的垂向振动分析,梁模型无法反映钢轨于轨头处横向激励引起的扭转变形,计算结果与实体模型有差别。     

高速铁路钢轨电力牵引回流集中监测探讨

通过对当前中国高速铁路电力牵引供电方式的介绍,引申出集中监测和分析高速铁路钢轨电力牵引回流的重要意义,提出了高速铁路钢轨电力牵引回流集中监测的方法,为保障高铁运营安全提供了重要的安全保障手段。     

无柱雨棚封檐板变形分布式光纤监测方法研究

研究目的:无站台柱雨棚在我国高铁车站中广泛应用,在风荷载长期影响下,封檐板、屋面板等结构易松动、翘曲甚至整体坠落,影响铁路运营安全。在雨棚日常检修养护中,存在天窗点限制、检修盲区和检修手段不足等问题,急需有效的方法对雨棚板类结构进行监测。分布式光纤传感器具有全分布式的特点,适用于大区域封檐板的健康监测。本文基于有限元软件ANSYS,对高铁过站时雨棚及其封檐板的受力变形进行模拟分析,设计光纤传感器布设方案,并通过模型试验对封檐板的受损变形进行监测。研究结论:(1)在列车风作用下,封檐板承受车头和车尾经过时两次正负压交替的冲击作用;(2)在封檐板边界铆固损坏的工况下,分布式光纤传感器能有效地监测到封檐板变形过程,精确定位了损伤,并根据光纤应变变化确定了变形预警限值;(3)板上的加劲肋对封檐板的变形及变形的传递有明显抑制效果,对损伤区域扩大有一定防治作用;(4)本研究成果可为铁路站台雨棚封檐板等板壳结构的健康监测提供参考。