一种无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法技术

本发明专利技术提供了一种无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法，属于无砟轨道自密实混凝土脱空识别技术领域，该方法包括阶段I：通过分析轨道板表面均匀布置测点的振动响应规律，明确脱空损伤大致区域；阶段II：在损伤大致区域附近加密测点，采用与第一阶段相似的分析方法进一步缩小损伤范围。本发明专利技术利用D

【技术实现步骤摘要】
一种无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法


[0001]本专利技术属于无砟轨道自密实混凝土脱空识别技术领，尤其涉及一种无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法。

技术介绍

[0002]目前，研究人员采用多种检测技术和识别方法对无砟轨道结构常见的层间离缝(或脱空)和内部空洞等损伤进行了分析，主要包括探地雷达法、冲击回波法和瞬态冲击法等。探地雷达检测系统主要由数据采集、信号处理、图像解释3个部分组成，由于电磁波在无砟轨道多层结构中的反射/散射、材料分布不均匀及无砟道床密布钢筋对回波信号的影响，加之人工识图过程中存在的不确定因素，致使解译雷达图像较为困难，采用探地雷达的损伤识别精度较难保证。冲击回波法虽然具有可单面检测、检测结果直观、受钢筋影响小等优点，然而，现有的冲击回波法在应用于无砟轨道结构层间损伤识别过程中，仍面临着需要布置大量测点，导致检测效率不高等问题。瞬态冲击法是利用力锤敲击结构表面产生局部振动，通过分析结构振动响应信息，实现结构损伤判别，目前已广泛应用于无砟轨道层间损伤、隧道衬砌脱空、混凝土道路空洞、混凝土楼板缺陷及机场路面动刚度评估等检测方面。由于瞬态冲击法受钢筋影响较小，且通过合理布置测点可减少测点数量，提高检测速度。
[0003]目前，瞬态冲击法已在CRTS I型、II型板式无砟轨道层间损伤及隧道衬砌脱空等结构损伤识别中得到大量应用，但针对CRTS III型板式无砟轨道自密实混凝土的损伤问题还没有学者进行相关的识别研究，且现有的瞬态冲击法大多采用基于单一损伤特征指标的单阶段损伤识别方法，还没有采用指标融合技术和两阶段识别方法的研究文献。由于独立的指标可能导致识别结果的可靠度不高，致使该方法对较小范围内的损伤识别效率和准确率均较低。
[0004]然而，CRTSⅢ型板式无砟轨道是具有新型高速铁路无砟轨道结构体系，主要由轨道板、自密实混凝土层、底座板等组成。目前CRTS III型板式无砟轨道总体服役状态良好，但由于材料收缩、施工养护不当、环境温度及列车荷载等共同作用，部分区段的自密实混凝土仍出现了层间离缝，如图1所示。且随着线路运营时间的推移，离缝逐渐演变为脱空损伤，削弱了轨道结构的整体刚度，将有可能影响列车运行的平稳性和安全性。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法，解决了现有技术中独立的指标导致识别结果的可靠度不高，致使对较小范围内的损伤识别效率和准确率均较低的问题。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本方案提供一种无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法，包括以下步骤：
[0008]S1、构建含自密实混凝土脱空损伤的CRTS III型板式无砟轨道瞬态冲击有限元模型，获取轨道板表面测点的振动加速度响应；
[0009]S2、分别获取振动加速度响应在时域内的峰峰值和绝对均值、在频域内的平均幅值和最大幅值以及功率密度比值5个损伤指标，并进行归一化处理；
[0010]S3、利用归一化结果，构建证据体中每个焦元的基本信度，形成5个独立的证据体，并采用D
‑
S证据理论对证据体进行融合，基于融合结果对测点损伤的有无进行第一阶段识别；
[0011]S4、基于第一阶段识别结果，在有损伤测点之间及四周固定范围内加密测点，针对加密测点振动加速度时域内的绝对均值、频域内的最大幅值及功率密度比值3个损伤指标，选取两加密测点之间的损伤指标变化率作为评价指标，基于评价指标的归一化值进行证据融合，并基于融合结果对测点损伤的有无进行第二阶段的识别；
[0012]S5、基于第二阶段识别结果，采用克里金插值法对脱空损伤进行成像分析，确定层间损伤区域，并计算损伤识别准确率，完成无砟轨道自密实混凝土脱空的两阶段识别。
[0013]本专利技术的有益效果是：本专利技术以CRTS III型板式无砟轨道自密实混凝土与轨道板脱空损伤为研究对象，提出了基于瞬态冲击振动响应指标融合的两阶段损伤识别方法，阶段I：通过分析轨道板表面均匀布置测点的振动响应规律，明确脱空损伤大致区域；阶段II：在损伤大致区域附近加密测点，采用与第一阶段相似的分析方法进一步缩小损伤范围，实现对自密实混凝土脱空损伤区域的精确识别，以期对板式无砟轨道结构层间损伤识别提供一定的指导意见，解决了现有技术中独立的指标导致识别结果的可靠度不高，致使对较小范围内的损伤识别效率和准确率均较低的问题。
[0014]进一步地，所述CRTS III型板式无砟轨道瞬态冲击有限元模型包括采用绑定约束的轨道板、自密实混凝土和底座板，且将底座板面积换算为采用全约束的接地弹簧。
[0015]再进一步地，所述CRTS III型板式无砟轨道瞬态冲击有限元模型中施加的瞬态冲击荷载采用半正弦脉冲模拟：
[0016][0017]其中，F(t)表示瞬态冲击荷载，F
max
表示激励力最大幅值，t
c
表示激励力的作用时间，t表示时间。
[0018]上述进一步方案的有益效果是：本专利技术通过构建瞬态冲击荷载作用下含自密实混凝土损伤的板式轨道数值仿真模型，以获取结构振动响应数据，
[0019]再进一步地，所述步骤S2中功率密度比值的表达式如下：
[0020][0021]其中，k表示测点振动加速度响应的功率密度比值，N1和P
i
分别表示振动加速度频谱中0
‑
fHz范围内的离散点总数和第i个离散点对应的峰值，N2和Q
j
分别表示振动加速度频谱中fHz
‑
10000Hz范围内的离散点总数和第j个离散点对应的峰值，i表示频谱中0
‑
fHz范围内离散点的序号，j表示频谱中fHz
‑
10000Hz范围内离散点的序号。
[0022]上述进一步方案的有益效果是：本专利技术通过计算得到功率密度比值，并结合对振动加速度的频谱分析，以实现对各测点是否属于损伤区域的定量化判别。
[0023]再进一步地，所述步骤S3中基本信度的表达式如下：
[0024][0025]其中，m
n
(A
l
)表示第n条证据中焦元A
l
的基本信度，n＝1,2,...,5，分别对应5条证据，焦元A
l
(l＝1,2)表示测点是否有损伤，A1表示有损伤，A2表示无损伤，z
n
(A1)表示由测点振动加速度响应计算的归一化时域内的峰峰值和绝对均值、频域内的平均幅值和最大幅值以及功率密度比值，且z
n
(A2)＝1
‑
z
n
(A1)，z
n
(A2)表示无损伤对应的各项损伤特征指标的归一化数值，n表示证据序号，l表示焦元序号。
[0026]上述进一步方案的有益效果是：本专利技术根据板式无砟轨道层间脱空损伤实际问题，利用测点振动响应在时域和频域内的损伤特征指标归一化数值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建含自密实混凝土脱空损伤的CRTS III型板式无砟轨道瞬态冲击有限元模型，获取轨道板表面测点的振动加速度响应；S2、分别获取振动加速度响应在时域内的峰峰值和绝对均值、在频域内的平均幅值和最大幅值以及功率密度比值5个损伤指标，并进行归一化处理；S3、利用归一化结果，构建证据体中每个焦元的基本信度，形成5个独立的证据体，并采用D
‑
S证据理论对证据体进行融合，基于融合结果对测点损伤的有无进行第一阶段识别；S4、基于第一阶段识别结果，在有损伤测点之间及四周固定范围内加密测点，针对加密测点振动加速度时域内的绝对均值、频域内的最大幅值及功率密度比值3个损伤指标，选取两加密测点之间的损伤指标变化率作为评价指标，基于评价指标的归一化值进行证据融合，并基于融合结果对测点损伤的有无进行第二阶段的识别；S5、基于第二阶段识别结果，采用克里金插值法对脱空损伤进行成像分析，确定层间损伤区域，并计算损伤识别准确率，完成无砟轨道自密实混凝土脱空的两阶段识别。2.根据权利要求1所述的无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法，其特征在于，所述CRTS III型板式无砟轨道瞬态冲击有限元模型包括采用绑定约束的轨道板、自密实混凝土和底座板，且将底座板面积换算为采用全约束的接地弹簧。3.根据权利要求2所述的无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法，其特征在于，所述CRTS III型板式无砟轨道瞬态冲击有限元模型中施加的瞬态冲击荷载采用半正弦脉冲模拟：其中，F(t)表示瞬态冲击荷载，F
max
表示激励力最大幅值，t
c
表示激励力的作用时间，t表示时间。4.根据权利要求1所述的无砟轨道自密实混凝土脱空两阶段识别方法，其特征在于，所述步骤S2中功率密度比值的表达式如下：其中，k表示测点振动加速度响应的功率密度比值，N1和P
i
分别表示振动加速度频谱中0
‑
fHz范围内的离散点总数和第i个离散点对应的峰值，N2和Q
j
分别表示振动加速度频谱中fHz
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：任娟娟，杜威，韦慧，郑健龙，王伟华，杜俊宏，邓世杰，寇胜宇，章恺尧，曾学勤，
申请(专利权)人：长沙理工大学中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：