CN111830136A - 基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法 - Google Patents

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胡志鹏
魏周春
张岷
褚卫松
刘杰
常卫华
于鹏
冯威
刘启宾
蔡向辉
张生延
付琪璋
苏成光
刘超
张高扬
贺天龙
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Abstract

本发明涉及基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，采用轨道板的应力波反射频谱曲线峰值识别层间伤损位置和伤损深度具体包括步骤：在轨道板上布置加速度传感器接收应力波时域信号，通过应力波反射的时域信号得出轨道板的频谱曲线；利用频谱曲线峰值计算应力波的传播深度，以确定伤损是否存在及具体深度。本发明利用应力波反射理论，结合轨道板频谱曲线峰值识别轨道板伤损有无及伤损深度，是一种无损检测方法，试验操作简便，检测结果直观明了，不仅能识别伤损的有无，而且还能准确的定位伤损的深度。

Description

基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法
技术领域
本发明涉及铁路轨道技术领域，具体涉及一种基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法。
背景技术
目前，我国无砟轨道运营里程约3.5万公里，居世界第一。无砟轨道结构主要有CRTS I型双块式、CRTS I型板式、CRTSⅢ型板式无砟轨道等，无砟轨道结构暴露在大气环境中，承受雨水、环境温度及列车荷载的不断考验，随着运营时间的增加，其结构出现不同程度的伤损。
无砟轨道混凝土结构***是大型混凝土结构，又是典型的层状结构，不同的无砟轨道结构有单元板和纵连板之分，其伤损大多数存在于轨道板内部、道床板内部及轨道板(道床板)与底座板之间，用肉眼不易直接观察到。目前，检测混凝土伤损的方法有回弹仪检测、红外线热成像、探地雷达等。回弹仪检测一般测试结构物表层强度，对较深结构的强度无法测得；红外热成像的检测环境对检测结果影响较大，使得难以测得裂缝、空洞等微小伤损。探地雷达是利用电磁波原理，但无砟轨道道床板或轨道板中密布钢筋，钢筋对电磁波的反射势必影响伤损检测的准确性，上述方法不适宜于无砟轨道结构的伤损检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，基于应力波反射理论，用轨道板的频谱曲线峰值识别伤损位置及深度，能识别CRTS I型板式无砟轨道层间脱空、CRTS II型板式无砟轨道层间脱空及CRTS I型双块式无砟轨道层间离缝伤损及轨道板空洞伤损。
本发明所采用的技术方案为：
基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，其特征在于：
所述方法根据布置于轨道板上加速度传感器获取的应力波时域信号，求得应力波反射频谱曲线，根据频谱曲线峰值，通过频率与应力波的关系反算应力波反射面深度；若与轨道板等厚，即轨道板中无损伤；若反射面深度小于轨道板厚度，则判定轨道板中存在伤损，且可计算出伤损的具体深度。
所述方法包括以下步骤：
步骤一：在轨道板上布置加速度传感器，通过力锤敲击产生应力波，加速度传感器接收时域信号，根据应力波反射的时域信号得出轨道板的频谱曲线；
步骤二：利用频谱曲线峰值计算应力波的传播深度，以确定伤损是否存在及具体深度。
应力波反射的时域信号是通过布置于轨道板表面的加速度传感器获取，加速度传感器在轨道板纵横向按0.2m间距布置。
步骤一中，轨道板时域信号通过傅里叶变换转换成频谱曲线。
步骤二中，根据频谱曲线峰值采用下式计算应力波的反射深度，应力波反射面深度若与轨道板等厚，即轨道板中无损伤；若反射面深度小于轨道板厚度，则判定轨道板中存在伤损：
Figure BDA0002622496660000031
其中：
f-轨道板频谱曲线峰值；
Cpp-应力波通过板厚度方向的传播波速；
D-反射深度，即反射面到测试面的距离；测试面为轨道板表面；反射面为不同材质或空气与混凝土的边界面。
应力波波速可通过预制与轨道板同材质且已知厚度的混凝土试件，在一侧用力锤激励试件，在对立面安装加速度传感器，根据力锤敲击与加速度传感器接收时域信号的时间差计算出应力波传播速度。
本发明具有以下优点：
本发明利用应力波反射理论，结合轨道板频谱曲线峰值识别轨道板伤损有无及伤损深度，是一种无损检测方法，试验操作简便，检测结果直观明了，不仅能识别伤损的有无，而且还能准确的定位伤损的深度。
附图说明
图1是本发明应力波识别伤损原理示意图；
图2是本发明应力波在无砟轨道混凝土结构中的传播规律图；
图3是本发明轨道板脱空/离缝伤损示意图；
图4是本发明轨道板脱空/离缝伤损轨道板频谱曲线图；
图5是本发明轨道板蜂窝伤损示意图；
图6是本发明轨道板蜂窝伤损轨道板频谱曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，所述方法根据布置于轨道板上加速度传感器获取的应力波时域信号，求得应力波反射频谱曲线，根据频谱曲线峰值，通过频率与应力波的关系反算应力波反射面深度，若与轨道板等厚，即轨道板中无损伤；若反射面深度小于轨道板厚度，则判定轨道板中存在伤损，且可计算出伤损的具体深度。
本方法具体包括以下步骤：
步骤一：在轨道板上布置加速度传感器，通过力锤敲击产生应力波，加速度传感器接收时域信号，根据应力波反射的时域信号得出轨道板的频谱曲线；
步骤二：利用频谱曲线峰值计算应力波的传播深度，以确定伤损是否存在及具体深度。
应力波反射的时域信号是通过布置于轨道板表面的加速度传感器获取的，加速度传感器在轨道板(除轨枕)纵横向按0.2m间距布置，采用单点激励多点采集的方式采集轨道板表面时域信号，通过多通道加速度信号采集仪器获取多点时域信号。当用力锤或其他激励设备敲击无砟轨道轨道板表面时，会形成一个瞬时的应力波，当应力波在传播过程中遇到蜂窝、离缝、或CA砂浆、道床与底座混凝土边界面时，由于两种界面的波阻抗存在差异，因此会在这些界面处发生反射，形成瞬时振动信号，再将时域信号经过信号处理转化为频谱曲线。步骤一中，轨道板时域信号通过傅里叶变换转换成频谱曲线。
步骤二中，根据频谱曲线峰值采用下式计算应力波的反射深度，应力波反射面深度若与轨道板等厚，即轨道板中无损伤；若反射面深度小于轨道板厚度，则判定轨道板中存在伤损)：
Figure BDA0002622496660000051
其中：
f-轨道板频谱曲线峰值；
Cpp-应力波通过板厚度方向的传播波速；
D-反射深度，即反射面到测试面的距离。测试面为轨道板表面，反射面为不同材质或空气与混凝土的边界面。
应力波波速可通过预制与轨道板同材质且已知厚度的混凝土试件，在一侧用力锤激励试件，在对立面安装加速度传感器，根据力锤敲击与加速度传感器接收时域信号的时间差计算出应力波传播速度。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，其特征在于：
所述方法根据布置于轨道板上加速度传感器获取的应力波时域信号，求得应力波反射频谱曲线，根据频谱曲线峰值，通过频率与应力波的关系反算应力波反射面深度；若与轨道板等厚，即轨道板中无损伤；若反射面深度小于轨道板厚度，则判定轨道板中存在伤损，且可计算出伤损的具体深度。
2.根据权利要求1所述的基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤一：在轨道板上布置加速度传感器，通过力锤敲击产生应力波，加速度传感器接收时域信号，根据应力波反射的时域信号得出轨道板的频谱曲线；
步骤二：利用频谱曲线峰值计算应力波的传播深度，以确定伤损是否存在及具体深度。
3.根据权利要求2所述的基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，其特征在于：
应力波反射的时域信号是通过布置于轨道板表面的加速度传感器获取，加速度传感器在轨道板纵横向按0.2m间距布置。
4.根据权利要求3所述的基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，其特征在于：
步骤一中，轨道板时域信号通过傅里叶变换转换成频谱曲线。
5.根据权利要求4所述的基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，其特征在于：
步骤二中，根据频谱曲线峰值采用下式计算应力波的反射深度，应力波反射面深度若与轨道板等厚，即轨道板中无损伤；若反射面深度小于轨道板厚度，则判定轨道板中存在伤损：
Figure FDA0002622496650000021
其中：
f-轨道板频谱曲线峰值；
Cpp-应力波通过板厚度方向的传播波速；
D-反射深度，即反射面到测试面的距离；测试面为轨道板表面；反射面为不同材质或空气与混凝土的边界面。
6.根据权利要求5所述的基于应力波的无砟轨道混凝土结构伤损检测方法，其特征在于：
应力波波速可通过预制与轨道板同材质且已知厚度的混凝土试件，在一侧用力锤激励试件，在对立面安装加速度传感器，根据力锤敲击与加速度传感器接收时域信号的时间差计算出应力波传播速度。
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