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近年来我国高速铁路事业发展迅猛，目前运营里程居世界第一位，但由于我国对此方面研究的时间较短，许多突发情况并未考虑深刻，因此各种轨道板病害涌现较为频繁，其中轨道板裂缝是目前诸多病害中较为严重的一种。本文从轨道板温度裂缝伤损出发，对轨道板温度裂缝的产生进行分析，探究对轨道板温度裂缝进行检测识别的方法。基于无砟轨道构造规范，根据红外成像原理及红外热成像仪，实现对轨道板结构伤损的识别检测。通过查阅资料了解无砟轨道板各项物性参数，搭建轨道板三维瞬态模型，并根据结构表面温度数据，计算轨道板表面各区域的温度场，了解无砟轨道板结构表面伤损的分布及其识别探测，以期为工务部门的轨道养护提供一定的参考意见。
目前CRTSⅡ型板式无砟轨道是我国高速铁路建设中应用最为广泛的一种类型。但这种轨道结构在运营过程中，随着运行时间的增长和承载重量的增加，会逐渐暴露出大量的轨道病害，其中轨道板裂缝是这些病害中较为普遍的一种轨道病害。无砟轨道裂缝一旦形成，很难进行修复，尤其是贯穿裂缝形成后，会导致钢筋发生锈蚀，绝缘节点失效轨道板发生渗水，基床下沉等影响轨道整体结构的耐久性、承载力，从而影响到行车安全。
裂缝情况与检测方法
无砟轨道伤损裂缝
根据其本身的形成原因可以大致分为两类： 第一类为结构裂缝，由外部荷载引起;第二类为材料裂缝，是由非外部受力因素引起轨道变形所致。这些裂缝的产生会降低无砟轨道的耐久性，减弱轨道结构的承载力，危害无砟轨道使用安全，从而影响到行车安全。
红外热成像检测方法
红外热成像无损检测技术具有检测范围广、安全性强、检测准确、操作便捷等优点，目前国内外已经将该项技术应用于土木工程混凝土温度场等多方面的无损检测。利用红外热成像技术，可以灵敏地探测到导热系数小，表面热辐射率大的材料，如、石材、混凝土等，因此红外热检测技术对混凝土来说具有良好的适用性。当混凝土内部存在结构缺陷如裂缝时，混凝土的热传导会改变，使混凝土表面温度的分布情况产生差异，使用红外成像仪测量它所释放的不同的热辐射，可以确定混凝土的缺陷所在位置，以达到检测缺陷的目的。因为高铁列车运行时速快，为方便安全，我们进行了仿真分析。
仿真模拟分析
由于高铁现场环境复杂，无法对轨道板裂缝进行进一步研究，而实验室条件受限制因素较多，难以准确还原出高铁现场环境。因此本次实验选择利用有限元模拟的方法对轨道板裂缝进行研究分析。
有限元模型建立过程
轨道板内部温度传递是一个较为复杂的过程，通过了解无砟轨道板的材料特性，并利用ANSYS有限元软件建立轨道板三维瞬态有限元模型。经查阅资料和实地考察，了解轨道板受热实际情况，并与试验情况相结合，将实体单元设置为SOLID70，表面热效应单元设置为SURF152，各种变化载荷和模型表面的效应模拟均可以使用SURF152单元，这样可以覆盖在任意三维模型的热单元面上。由于轨道板的主要成分是混凝土，因此根据混凝土的性质和各项热学性能指标进行设置，模型的密度设置为2500Kg/m?，比热容设置为925J/（Kg·℃） ，导热系数设为2.2W/（m2·℃）。同时轨道板模型的尺寸设置为6450mm×2550mm×200mm，在轨道板上表面设置的承轨台，由于无砟轨道板为纵连式，因此需将模型面积较小的两个侧面设置为绝热。同时根据高铁伤损检修规范，在完整模型基础表面上，另设置一条宽0.2mm、深1cm的贯穿裂缝。在轨道板三维模型建立完成后，先对已完成的模型进行材料属性分配，然后对模型开始进行网格划分，并在模型表面附加网格效应。网格划分完毕后就开始添加热辐射等环境参数，计算模型在不同荷载条件下相应的温度场图。
1 带裂缝的ANSYS有限元模型
有限元模型计算结果
由于轨道板与外界的能量交换形式主要是辐射交换和对流交换，因此根据两种交换方式设定了轨道板两种工况。两种工况均设定环境温度为27℃，第一种为不添加风荷载，只添加热辐射为700W/m2;第二种为添加热辐射为700W/m2，风荷载为5m/s，得到不同的温度场图。
图3表明当只有热辐射作用时，轨道板的最高温度可达到64℃，模型计算温度相较于实际温度要高一些，同时说明热辐射对轨道板温度场的影响较为明显，是使轨道板温度上升的主要原因;当热辐射不变，在荷载表面添加风荷载时，轨道板的温度明显降低，说明风荷载对轨道板的降温具有显著影响。
图4和图5的温度场对比，可以看出裂缝处的温度场明显高于周围混凝土温度，说明辐射对轨道板裂缝处温度场影响较大，高温条件下更易形成温度梯度，导致轨道板裂缝的进一步扩张。
本次试验对轨道板裂缝进行了研究分析，获得了以下结论：
（1）根据红外成像原理并借助红外热成像仪，可以探测到轨道板表面的伤损分布状况，并且可以确定其形状及分布。
（2）根据有限元分析，当设置工况为只有热辐射时，得到的温度场特征为较环境温度有明显的提升;当工况改变为风荷载和热辐射共同作用时，温度场特征为相较于第一种工况有明显降低。
（作者单位：上海工程技术大学）
（資助项目：上海工程技术大学大学生重点科研平台创新训练资助项目（201910856034））
目前CRTSⅡ型板式无砟轨道是我国高速铁路建设中应用最为广泛的一种类型。但这种轨道结构在运营过程中，随着运行时间的增长和承载重量的增加，会逐渐暴露出大量的轨道病害，其中轨道板裂缝是这些病害中较为普遍的一种轨道病害。无砟轨道裂缝一旦形成，很难进行修复，尤其是贯穿裂缝形成后，会导致钢筋发生锈蚀，绝缘节点失效轨道板发生渗水，基床下沉等影响轨道整体结构的耐久性、承载力，从而影响到行车安全。
裂缝情况与检测方法
无砟轨道伤损裂缝
根据其本身的形成原因可以大致分为两类： 第一类为结构裂缝，由外部荷载引起;第二类为材料裂缝，是由非外部受力因素引起轨道变形所致。这些裂缝的产生会降低无砟轨道的耐久性，减弱轨道结构的承载力，危害无砟轨道使用安全，从而影响到行车安全。
红外热成像检测方法
红外热成像无损检测技术具有检测范围广、安全性强、检测准确、操作便捷等优点，目前国内外已经将该项技术应用于土木工程混凝土温度场等多方面的无损检测。利用红外热成像技术，可以灵敏地探测到导热系数小，表面热辐射率大的材料，如、石材、混凝土等，因此红外热检测技术对混凝土来说具有良好的适用性。当混凝土内部存在结构缺陷如裂缝时，混凝土的热传导会改变，使混凝土表面温度的分布情况产生差异，使用红外成像仪测量它所释放的不同的热辐射，可以确定混凝土的缺陷所在位置，以达到检测缺陷的目的。因为高铁列车运行时速快，为方便安全，我们进行了仿真分析。
仿真模拟分析
由于高铁现场环境复杂，无法对轨道板裂缝进行进一步研究，而实验室条件受限制因素较多，难以准确还原出高铁现场环境。因此本次实验选择利用有限元模拟的方法对轨道板裂缝进行研究分析。
有限元模型建立过程
轨道板内部温度传递是一个较为复杂的过程，通过了解无砟轨道板的材料特性，并利用ANSYS有限元软件建立轨道板三维瞬态有限元模型。经查阅资料和实地考察，了解轨道板受热实际情况，并与试验情况相结合，将实体单元设置为SOLID70，表面热效应单元设置为SURF152，各种变化载荷和模型表面的效应模拟均可以使用SURF152单元，这样可以覆盖在任意三维模型的热单元面上。由于轨道板的主要成分是混凝土，因此根据混凝土的性质和各项热学性能指标进行设置，模型的密度设置为2500Kg/m?，比热容设置为925J/（Kg·℃） ，导热系数设为2.2W/（m2·℃）。同时轨道板模型的尺寸设置为6450mm×2550mm×200mm，在轨道板上表面设置的承轨台，由于无砟轨道板为纵连式，因此需将模型面积较小的两个侧面设置为绝热。同时根据高铁伤损检修规范，在完整模型基础表面上，另设置一条宽0.2mm、深1cm的贯穿裂缝。在轨道板三维模型建立完成后，先对已完成的模型进行材料属性分配，然后对模型开始进行网格划分，并在模型表面附加网格效应。网格划分完毕后就开始添加热辐射等环境参数，计算模型在不同荷载条件下相应的温度场图。
1 带裂缝的ANSYS有限元模型
有限元模型计算结果
由于轨道板与外界的能量交换形式主要是辐射交换和对流交换，因此根据两种交换方式设定了轨道板两种工况。两种工况均设定环境温度为27℃，第一种为不添加风荷载，只添加热辐射为700W/m2;第二种为添加热辐射为700W/m2，风荷载为5m/s，得到不同的温度场图。
图3表明当只有热辐射作用时，轨道板的最高温度可达到64℃，模型计算温度相较于实际温度要高一些，同时说明热辐射对轨道板温度场的影响较为明显，是使轨道板温度上升的主要原因;当热辐射不变，在荷载表面添加风荷载时，轨道板的温度明显降低，说明风荷载对轨道板的降温具有显著影响。
图4和图5的温度场对比，可以看出裂缝处的温度场明显高于周围混凝土温度，说明辐射对轨道板裂缝处温度场影响较大，高温条件下更易形成温度梯度，导致轨道板裂缝的进一步扩张。
本次试验对轨道板裂缝进行了研究分析，获得了以下结论：
（1）根据红外成像原理并借助红外热成像仪，可以探测到轨道板表面的伤损分布状况，并且可以确定其形状及分布。
（2）根据有限元分析，当设置工况为只有热辐射时，得到的温度场特征为较环境温度有明显的提升;当工况改变为风荷载和热辐射共同作用时，温度场特征为相较于第一种工况有明显降低。
（作者单位：上海工程技术大学）
（資助项目：上海工程技术大学大学生重点科研平台创新训练资助项目（201910856034））