基于双向应变匹配解调的光纤光栅轨道传感技术研究

轨道应变的准确监测对列车计轴、测重、定位和安全状态感知等具有重要的意义。本文基于光纤布拉格光栅(FBG)双向应变匹配解调方法,提出一套改进的轨道应变传感方案。该方案有效地解决了光纤光栅应变与环境温度交叉敏感的问题,与传统的匹配光栅解调方法相比具有更高的灵敏度,同时可以减小钢轨本身热胀冷缩等因素对测量的影响。在不同的环境温度和静态载荷下进行光纤光栅应变测量对比实验,利用电阻应变计进行模型实验,通过动态加载实验检验系统对动态应变的监测效果。实验数据表明,本方案适用于瞬态及静态钢轨应变的准确测量,具有较高的稳定性和灵敏度。     

光纤应变传感器无缝线路钢轨温度应力测试仪的研制

简要论述钢轨温度应力的传统测试方法,介绍布拉格光纤光栅的光学特性以及光纤光栅应变传感器无缝线路钢轨温度应力测试仪的工作原理、试验过程及可行性。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

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     

大跨度混合梁斜拉桥上无砟轨道纵向力分析

以昌赣客运专线(35+40+60+300+60+40+35)m混合梁斜拉桥为例,建立了大跨度斜拉桥上无砟轨道精细化模型计算分析不同荷载作用下大跨度桥上无砟轨道纵向力。计算结果表明:在温度荷载作用下,钢轨纵向应力相对较大,最大拉应力为130.03 MPa,跨中轨道板纵向应力较小。在竖向荷载作用下,钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在桥塔附近,压应力最大值出现在跨中附近,其中钢轨压应力最大值为15.02 MPa,底座板拉应力最大值为3.05 MPa。在列车制动作用下,钢轨、轨道板和底座板的拉应力最大值出现在跨中附近,压应力最大值出现在桥塔附近,轨道板和底座板纵向应力均较小。     

隧道洞口无缝线路参数计算

系统分析了隧道内外轨温变化特点以及隧道内外无缝线路的受力特点,根据试验观测资料确定了隧道洞口无缝线路设计的有关参数,推导了隧道洞口无缝线路钢轨伸缩位移和钢轨附加力的计算公式,提出隧道洞口的无缝线路设计计算方法并附有算例。     

基于几何特征的钢轨磨耗检测系统的研究

为解决高速动态条件下车体振动对钢轨磨耗检测带来的问题,在大量调研国内外利用激光技术进行钢轨磨耗检测的基础上,提出一种基于标准钢轨轨廓固有曲线曲率的钢轨磨耗检测方法,首先利用基于激光三角测距原理的传感器得到组成钢轨全断面轮廓一系列点的空间坐标;其次利用L-M优化算法进行数据处理,采用Hough变换方法检测钢轨轮廓固有几何特性;最后进行钢轨轮廓匹配后实现钢轨磨耗高精度检测。该方法已经运用在轨道检测小车上,试验数据表明:钢轨磨耗检测系统的重复性精度能到达0.005 mm,其高精度性和快速性能满足铁路部门对钢轨磨耗检测的要求。     

出口阿根廷地铁车辆的踏面与轮轨关系分析

NEFA706型踏面是阿根廷地铁客户推荐采用的,通过与国内常用的LM型、LMA型和S1002型踏面的踏面外形、轮轨接触关系(54E1型钢轨)、轮轨接触应力和动力学性能(特定参数条件)进行对比分析,得出这4种踏面型式分别与54E1型钢轨匹配时的性能结果,为出口阿根廷地铁车辆车轮踏面的选取提供了理论依据。     

客运专线无缝道岔心轨跟端传力结构研究

辙叉跟端间隔铁的设置一方面需满足纵向温度力传递的要求,另一方面也要保证心轨的线型在温度力作用下不发生改变,保证行车安全。根据双肢弹性可弯心轨辙叉的结构形式,建立有限元模型,研究心轨跟端传力结构不同时心轨在温度力作用下的变形。结果表明:在大号码无缝道岔中,应在心轨与翼轨以及两心轨间设置长大间隔铁;仅在心轨与翼轨间设置间隔铁时,心轨在纵向力作用下会产生较大的方向不平顺,通过在心轨与心轨间设置间隔铁,可以明显改善纵向力作用下的心轨方向不平顺;对于减小由于温度力引起的心轨间相互错动、心轨方向不平顺,设置长大间隔铁较设置多个小间隔铁更为有利,设计中应尽量采用长大间隔铁。     

长联大跨连续梁桥无缝线路布置方案

西安机场线渭河特大桥采用长联大跨连续梁,主桥连续梁联长900 m,最大温度跨度715 m,具有温度跨度大且多跨连续梁相接的特点,需合理设计无缝线路。针对该工况提出5个无缝线路布置方案,采用有限单元法进行无缝线路附加力计算,从钢轨强度、桥墩受力两方面进行方案比选后,现场调研国铁类似工况,确定最终推荐方案。得出结论:(50+8×100+50)m连续梁两侧梁端布置单向钢轨伸缩调节器,满足钢轨强度检算的要求且能有效减小相邻连续梁固定墩受力,无需布置双向钢轨伸缩调节器。     

高墩水平温差对连续刚构桥上无缝线路的影响

为研究高墩水平温差对桥上无缝线路的影响,选取某高墩大跨连续刚构桥工程实例,基于梁轨相互作用原理,建立线桥墩一体化有限元模型,分析在水平纵向和横向温差作用下高墩大跨桥上无缝线路受力变形情况。结果表明:高墩纵向温差对连续刚构桥上无缝线路纵向受力影响较大,随着桥墩纵向温差的增大,桥上无缝线路受力逐渐增大;桥墩横向温差影响桥上无缝线路平顺性,当桥墩横向温差超过一定的限值时,连续刚构桥上无缝线路会出现长波不平顺超限;总结以上分析结果,建议在连续刚构桥上无缝线路设计检算中考虑高墩在水平温差作用下对桥上无缝线路的影响。     

热轧钢轨中残余应力的测试与分析

通过对热轧钢轨中残余应力测试和评定方法的比较,以及对国产和进口钢轨的残余应力进行测试和分析,找出国产热轧钢轨在残余应力控制方面与国外钢轨存在的差距。根据影响热轧钢轨残余应力的因素,提出降低和优化钢轨中残余应力的措施。