无砟轨道板表面裂缝的红外热成像检测方法

纵连无砟轨道板作为无砟轨道主要结构类型之一,表面裂缝是轨道板最常见的结构病害类型,也是高铁运维重点作业内容之一.实现非接触快速的红外热成像检测裂缝病害方法对于提高作业精度和效率具有显著作用.针对红外热成像仪采集的图像数据存在的边缘模糊、对比度低等问题,提出基于NSCT变换(Non-subsampled Contourl...     

高速铁路无砟轨道表面裂缝三维图像自动识别算法

无砟轨道表面伤损的自动检测技术是当前高速铁路检测与监测的关键技术。采用三维图像技术,将原始三维图像转换为二进制图,基于三维光影模型的轨道结构表面裂缝的三维图像识别算法,采用连通域分析与线性形态分析方法,了轨道结构裂缝识别中图像噪声消除算法,从而提高轨道结构表面裂缝自动识别的准确率。室内试验对比结果表明:课题组研发的高速铁路轨道表面伤损检测系统,可获得高精度的裂缝长度、宽度以及深度的数据信息,轨道板裂缝最大宽度的识别结果相对误差为6.25%、9.68%,裂缝长度的测试识别相对误差为1.39%、2.92%,平均深度的测试识别相对误差为15.69%、13.04%。采用提出的裂缝识别算法可实现100%准确率的裂缝自动识别。     

温度作用下连续梁桥上CRTSⅡ型板板端宽裂缝对钢轨应力以及桥墩纵向力的影响研究

CRTSⅡ型无砟轨道板板端新旧混凝土交界面薄弱,在低温情况下轨道板收缩,轨道板板端新旧混凝土交界面处出现板端宽裂缝,并伴随轨道板下界面与 CA 砂浆层粘结失效出现脱粘裂缝.在出现裂缝的情况下,分析温度升高对上部钢轨的应力以及下部桥墩的纵向力的影响.考虑轨道板板端裂缝宽度、CA砂浆粘结失效裂缝长度和脱粘CA砂浆块与轨道板下界面之间的摩擦系数三项因素对上部钢轨的应力以及下部桥墩的纵向力的影响,从钢轨附加温度应力以及桥墩纵向力的角度对板端宽裂缝的灌浆填缝修补措施进行了评价.     

双孔预应力非对称无砟轨道板设计与分析

针对我国高速铁路桥上采用的板式无砟轨道普遍存在线间排水困难和板底易出现横向裂缝问题,提出一种新型双孔型板式无砟轨道,采用有限元软件ANSYS建立三维空间模型,分析在2种不同工况下新型轨道板的应力、变形和承载力性能,并在组合外力矩作用下进行预应力非对称配筋设计.研究结果表明,新型双孔型板式无砟轨道可以有效解决线间排水困难问题,与普通无砟板式轨道相比,新型轨道板具有更好的稳定性;在竖向荷载作用下,双孔型轨道板的最大应力、位移和裂缝宽度均满足设计要求;在配筋总量相对较少的情况下,轨道板的非对称预应力筋设计可以有效减小板底裂缝最大宽度,板底抗裂程度相对于普通轨道板增大33.3%,增强了轨道板的耐久性,且经济性能良好.     

无砟轨道轨道板配筋对控制温度裂缝影响的研究

建立板式轨道实体结构力学模型,计算了不同温度荷载和配筋形式下无砟轨道轨道板的应力分布,分析配筋率和混凝土应力对轨道板裂缝宽度的影响,并提出了轨道板合理配筋率,为无砟轨道设计和施工中轨道板温度裂缝的控制提供参考。     

列车竖向荷载与CA砂浆离缝对CRTSⅡ型板式轨道开裂的影响分析

无砟轨道结构轨道板裂缝和结构层间离缝会导致结构性能退化,承载力降低,危及行车安全。基于弹性地基梁—体理论,建立路基上无砟轨道结构有限元模型。在正常状态和轨道板底部存在不同程度离缝状态时,对轨道板在列车竖向荷载下产生裂缝的位置和路径,以及2种状态下轨道板的翘曲位移和翘曲时轨道板底部地基弹簧拉应力进行分析。研究结果表明:无砟轨道板仅在列车竖向荷载作用下不会产生裂缝。当轨道板底纵向全部脱空且横向脱空宽度达到钢轨底面内侧边缘位置时,列车竖向荷载板端加载不会生成裂缝,板中部加载会产生裂缝。裂缝大致沿着轨道板纵向中心线附近开裂,在板端斜向板两侧边缘发展,预裂缝能够有效阻断裂缝的扩展路径。     

组合荷载作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道层间离缝影响分析

在车辆荷载和温度作用下,CRTSⅢ型板式无砟轨道由于自密实混凝土层与底座板间产生离缝,发生应力集中和局部变形,对无砟轨道服役状态和使用寿命造成明显影响。基于ABAQUS有限元模型,计算车辆与温度不同荷载组合下,层间离缝横向和纵向发展对无砟轨道结构受力变形的影响,探究伤损演变规律和维修限值。研究结果表明:层间离缝宽度小于1.5m,轨道结构受力和变形的影响很小;离缝发展至两侧钢轨正下方后,轨道结构变形和应力均增大明显;离缝长度大于1.2m,对轨道板出现受拉裂缝和无离缝端上翘;正温度梯度荷载对轨道板弯折变形和自密实混凝土层纵横拉应力以及负温度梯度荷载对轨道板上翘和纵横拉应力均有叠加放大效应。     

桥上纵连板式无砟轨道初始状态特征统计分析

研究目的:目前,关于纵连板式无砟轨道可靠度的研究均基于假设的经验分布模型。为了探究依据实测数据统计分析纵连板式无砟轨道结构性能和状态的随机分布特征,本文依托肖家河特大桥工程实例,对华中地区简支梁桥上的轨道板、底座板及宽窄接缝强度大小和开裂情况进行现场测量和统计。研究结论:(1)现场无砟轨道结构强度大小近似呈高斯分布,其中,轨道板强度概率密度函数服从均值为54.56 MPa、方差为0.98的正态分布,底座板强度概率密度函数近似服从均值为36.58 MPa、方差为2.15的正态分布,相比现浇混凝土底座板,预制轨道板强度更接近于理论值,且离散性相对较小;(2)宽窄接缝强度概率密度函数近似服从均值为45.44 MPa、方差为1.52的正态分布,现场宽窄接缝的强度难以达到理论设计强度,为防止后期宽窄接缝开裂和破损,建议改进宽窄接缝施工技术或增加宽窄接缝混凝土标号;(3)曲线梁上,底座板超高侧裂缝宽度大小概率密度函数近似服从均值为0.11 mm、方差为0.07的正态分布,非超高侧裂缝宽度大小近似服从均值为0.07 mm、方差为0.04的正态分布,底座板超高侧裂缝数量及宽度大小均大于其非超高侧裂缝数量及宽度大小,桥上底座板早期裂缝数量及宽度大小均与距梁端距离无关;(4)本研究成果可为无砟轨道系统设计计算和可靠度安全分析提供参考。     

市域铁路路基地段双块式无砟轨道结构设计

我国市域铁路的建设尚处于起步阶段,需要对160 km/h速度的市域铁路设计标准和轨道结构进行相关研究。依托北京新机场线工程实践应用,着重研究了双块式无砟轨道结构在160 km/h市域铁路路基地段的稳定性和安全性,基于极限状态法计算了多种荷载组合下的受力情况,并对道床板和底座板进行了配筋设计和裂缝检算。研究表明:①160 km/h速度条件下,路基地段轨道结构各动力响应指标均在限值范围内,车体脱轨系数和轮重减载率指标数值均较小,能够保证轨道结构的稳定性和列车行驶的安全性。②温度作用对道床板和底座板的受力影响较大,在设计荷载中占据主导因素。③道床板和底座板底部纵向弯矩均在荷载偶然组合作用下达到最大值,配筋时应以裂缝宽度为控制指标进行设计。     

基于图像处理的铁路轨道板裂缝检测研究

铁路轨道板表面裂缝的存在会直接影响轨道板使用寿命和状态,因此轨道板表面质量的自动检测至关重要。本文提出一种非接触式基于图像处理的轨道板表面质量检测方法,该方法首先通过预处理增强原始图像中的裂缝信息,然后针对预处理后裂缝图像的特点,经过二值化、裂缝合并、噪声剔除等步骤,准确定位裂缝所在的位置。经试验验证,本文提出的方法能有效检测出铁路轨道板图像中的裂缝。     

CRTSⅢ型无砟轨道宽接缝裂缝及修补材料性能分析

通过建立CRTSⅢ型纵连板式无砟轨道有限元计算模型,研究宽接缝处裂缝以及修补材料力学性能。对轨道结构整体降温50℃作用下,不同的裂缝宽度及不同的修补材料弹性模量情况下,板间树脂砂浆、纵向预应力钢筋以及修补材料力学性能进行分析。结果表明:修补材料弹性模量、裂缝宽度和裂缝是否修补均对未开裂板间树脂砂浆影响较小;开裂板间树脂砂浆纵向拉应力随修补材料的弹性模量增大而增大,随着裂缝宽度的增大先增大后减小;修补材料的纵向拉应力先随着其弹性模量的增大逐渐减小直至出现纵向压应力,之后纵向压应力逐渐增加;开裂树脂砂浆处预应力钢筋受裂缝是否修补影响较大。     

有理数阶微分在轨道板裂缝检测系统中的应用

传统的边缘检测方法在处理铁路轨道板裂缝图像时容易造成错检或漏检,导致裂缝的识别和定位有误,从而影响轨道板使用质量的评定和维护决策。为了克服这些不足,本文总结了整数阶微分和分数阶微分边缘检测的优点,提出了一种以有理数阶微分理论为基础的轨道板裂缝边缘检测方法。仿真试验结果表明,该方法在处理缝宽较小的裂缝时,仍能将裂缝边缘与背景较好地区分出来,可以达到精确定位的效果。另外,该方法弥补了传统边缘检测方法的不足,其得到的边缘更连续,漏检率低,且不会产生伪边缘。     

基于德尔菲法的CRTSⅢ型板式无砟轨道层间离缝评价指标研究

在长期服役状态下,CRTSⅢ型板式无砟轨道易出现不同程度损伤,其中自密实混凝土层间离缝尤为突出。为对CRTSⅢ型板式无砟轨道离缝进行综合评估,通过建立Abaqus有限元模型,分析不同离缝状况下的轨道受力情况,提出离缝影响指数IEI,并基于德尔菲法获取各类离缝损伤权重,建立CRTSⅢ型板式无砟轨道层间离缝评估体系。计算结果表明：相比于板边、板中,板端离缝对无砟轨道的受力与位移影响更为显著;宽度大于350 mm及长度大于1 000 mm的离缝轨道板横向拉应力达到最大值3.589 MPa,在实际工程中应重点关注;离缝影响指数IEI与模型计算结果规律一致。     

FRP筋混凝土板裂缝宽度的计算方法

基于FRP筋混凝土梁裂缝宽度计算公式研究了FRP筋混凝土板裂缝宽度的计算方法,探讨了板与梁结构特征差异对裂缝宽度计算的影响机理。引入平均裂缝间距、截面内力臂系数、FRP筋应变不均匀系数等参数的修正方法,建议取消对有效配筋率下限值的规定。利用该方法对FRP筋混凝土板在不同的有效配筋率和受拉区FRP筋应力影响下的裂缝宽度进行了计算。结果表明:有效配筋率0.01,公式修正前后计算得到的裂缝宽度相对误差均10%。修正后的公式更能合理反映FRP筋混凝土板裂缝宽度的计算结果;公式中受拉区FRP筋应力修正前后得到的裂缝宽度相对误差均3%,其修正结果对构件裂缝宽度变化影响较小。     

蒸养混凝土轨道板劣化机理研究

采用现场调查、取样试验(电镜、能谱、X-衍射以及压汞)分析等方法对某城际铁路少数蒸养混凝土轨道板在使用中出现早期劣化的原因进行研究。结果表明:蒸汽养护对所研究的轨道板混凝土造成了一定的蒸养热伤损,热伤损导致轨道板表层混凝土结构疏松,孔隙率明显大于内部混凝土,且表层混凝土微裂缝增多。混凝土内部膨胀性产物主要为碱-硅酸凝胶和钙矾石。高速列车的长期动荷载作用加快了轨道板混凝土中微裂纹的变化发展,使更多的环境水渗入混凝土内部。混凝土内部骨料碱-硅酸凝胶吸水膨胀反应(ASR)和延迟钙矾石形成(DEF)的共同作用是轨道板开裂的主要原因。     

不同累积概率不平顺状态下轨道板离缝损伤研究

为明晰线弹性模型与非线性损伤塑性模型在无砟轨道不同状态下的适用范围,研究层间离缝纵向扩展过程中轨道板在列车动荷载作用下的损伤萌生扩展规律,基于ABAQUS有限元软件建立CRTSⅠ型板式无砟轨道空间实体模型,以不同累积概率不平顺状态下的扣件支点压力作为荷载激励,分别采用线弹性模型与非线性损伤塑性模型描述轨道板混凝土应力-应变关系,对比分析整体轨道板在2种本构模型下的受力状态,分析其在轨道板-CA砂浆层层间离缝状态下的动力损伤规律。研究结果表明：在轨道结构正常状态下,各累积概率不平顺状态下的轨道板纵、横向拉应力水平较低,可采用线弹性模型简化计算;层间离缝状态下,轨道板上表面将承受较大拉应力而使轨道板受力进入塑性软化阶段,此时可采用非线性损伤塑性模型描述轨道板损伤的萌生、扩展过程。10%～90%累积概率不平顺状态下,轨道板损伤萌生所需离缝纵向长度处于820～890 mm之间,99%累积概率下仅需580 mm。轨道板损伤首先产生于第2组承轨台周围的轨下对应区域,随离缝纵向发展同时向板中与板边扩展直至贯通;轨道不平顺状态越差,轨道板损伤萌生与达到最大拉伸损伤所需离缝纵向长度越小。损伤所产生的塑性...     

基于改进Faster R-CNN的CRTSⅡ型轨道板裂缝检测方法

高速铁路无砟轨道伤损检测维修的准确率和时效性关乎高速铁路的运营安全，采用机器视觉技术进行高速铁路无砟轨道板裂缝伤损检测可极大提升检测工作的准确率和效率，为此根据CRTSⅡ型轨道板裂缝伤损样本数据特点，提出一种基于改进Faster R-CNN的方法对轨道板裂缝进行检测。该改进方法将检测问题转化为定位问题，精简网络模型，其主干网络选用残差网络，避免网络深度过深而导致学习速度下降；引入引导锚框，以减少冗余锚框，提高检测针对性；采用Soft-NMS算法，改善轨道板裂缝检测的重叠状况，提高裂缝检测效果。为评估该改进方法的可靠性，建立CRTSⅡ型轨道板裂缝检测评价标准，并依据该评价标准将改进方法与R-FCN,YOLO-v5,Faster R-CNN及YOLOx网络算法进行对比测试。结果表明：提出的改进方法综合表现优于其他算法，具有更高的准确率以及最小的漏检率，最佳模型查准率为95.9%，查全率为89.6%，相较于其他几种经典算法分别提高了约2%～4%和2%～6%，能够较好地应用于CRTSⅡ型轨道板裂缝检测场景。     

高速列车引起的负风压对轨道吸声板稳定性的影响

基于空气动力学理论建立了列车通过无砟轨道的数值模型,分析高速列车以不同速度通过无砟轨道时轨道板表面的空气压力,并与实测值进行了对比,验证了模型的可靠性。同时建立了列车-吸声板轨道空气动力计算模型,计算了吸声板的表面压力,积分得到列车引起的负风压对吸声板的向上的"吸力",并与其自身重量比较,进行安全性校核。研究结果表明:吸声板的铺设减小了列车底板与轨下结构之间的距离,导致吸声板表面空气压力较轨道板表面压力有所增大,且随着列车速度提高增幅加大;在本文算例中的吸声板设计条件下,列车速度达到385 km/h时,吸声板自重可以克服列车引起的负风压,并有一定安全余量。     

不同速度等级装配式轨道结构设计及检算

为深入研究时速80～250 km轨道交通装配式轨道技术,建立装配式轨道精细化分析模型,对轨道结构参数进行分析,综合考虑列车荷载因素、土建因素、曲线段轨道板矢距调整因素和施工因素对轨道结构参数的影响,并对轨道结构进行选型分析及检算。研究表明：(1)轨道板长度、扣件间距对轨道板受力影响较小,轨道板宽度和厚度增大,轨道板受力减小;(2)3个速度级下,轨道板长度为4.7 m,厚度统一为0.2 m,扣件间距统一为0.6 m;第Ⅰ速度级板宽为2.2 m,第Ⅱ、Ⅲ速度级板宽为2.5 m;(3)轨道板采用预应力结构,在板中开设圆孔限位;(4)装配式轨道采用“二层+回填”方案。检算表明,装配式轨道的强度可满足不同工况的使用需要。     

CRTSⅠ型轨道板中部砂浆离缝对轨道竖向变形与受力研究

以CRTSⅠ型轨道板中部砂浆离缝为研究内容,采用有限单元法,建立该型轨道结构的弹性地基梁-板模型,分析不同长度和高度的离缝对轨道竖向位移及应力变化情况,结果表明:离缝长度变化较高度变化对轨道结构的竖向变形及应力影响要大;离缝长度在1个扣件间距(0.6 m)范围内时,长度一定,高度的变化对轨道结构的变形及受力几乎没有影响;离缝长度不大于1 m时,高度大于0.42 mm后,离缝区域轨道板处于完全脱空状态。建议在对板中离缝进行养护维修时,应将防止离缝长度的发展作为主要工作,并将轨道板应力作为衡量离缝对轨道板影响的主要指标。