CRTSⅡ型板式轨道CA砂浆层损伤识别研究

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CRTS(China Railway Track System)II型板式无砟轨道作为我国应用最广泛的高速铁路轨道之一,长期在复杂环境影响及高速列车的荷载作用下,可能会产生各类位置不同,形式不一,程度不等的损伤。随着损伤的不断累积,将可能严重危害列车的行驶安全。在众多形式的损伤中,以水泥乳化沥青(CA)砂浆层出现的损伤最应引起重视。目前对于CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆层损伤检测的方法,或是由于检测时间过长,无法满足在窗口期内快速高效进行普查的需求,或是由于对检测仪器要求过高,而现有技术无法实现等原因,无法在实际工程中得到大规模的应用。本文用有限元法模拟实际工程中损伤检测的过程。基于应力波法对CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆层出现的损伤进行了分析、识别,并且对测点的布置方式进行了优化。新的检测方案能够较大地提高检测效率,具有一定工程意义。同时,还对基频和模态振型用于损伤识别的可行性进行了分析。论文的主要研究内容及成果如下:(1)建立了由轨道板、CA砂浆层、支承层和路基层四层构成的三维复合板式有限元模型;对单点激发下应力波在CRTS II型轨道板中的传播规律进行了分析;通过比较有无CA砂浆层缺陷时,轨道板周边的速度和加速度,探讨了提高基于应力波法检测CA砂浆层效率的可行性。计算结果表明,CA砂浆层的缺陷对轨道板周边的速度和加速度峰值有明显的影响,可以用来识别CA砂浆层的缺陷,进而实现对轨道结构CA砂浆层损伤的快速普查。(2)对基频和模态振型用于损伤识别的可行性进行了分析。结构基频数据对比结果表明:固有频率在理论上能够对损伤存在与否进行判断,并且能够确定损伤的位置以及尺寸,但要应用于实际工程有一定困难。其主要原因是预设损伤相较于结构整体偏小,所得不同数据组之间变化值过小,要进行准确的区分需要较高精度的检测仪器。结构模态振型对比结果表明:在前5阶模态振型中,只有第2和第5阶模态振型能够用于损伤检测;但由于在实际工程中,高阶模态检测难度较大,且检测结果误差偏高,故第5阶模态振型的应用价值有限,仅有第2阶模态能够在一定程度上满足工程需求;从第2阶模态振型对比结果来看,寻找到合适的检测位置是关键。
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