高速鐵路多層線下結構病害彈性波場無損檢測方法研究.pdf

1、現(xiàn)階段我國高速鐵路線下結構呈現(xiàn)出的損傷病害問題越來越多,探查鐵路線下結構的病害成為土木工程領域關注的重要課題和難題,尤其是診斷支承板與基床表層層間缺陷,現(xiàn)有的各種探測方法都存在一定的局限性,不能有效查找出病害分布位置。針對這一問題,本研究通過分析彈性波在線下結構三維模型中的傳播特性和病害在彈性波動場中的表現(xiàn)特征,達到推斷線下結構內部狀況和檢測病害的目的。
　　根據(jù)對線下結構形式及病害的調查結果,我國已建成的高速鐵路,絕大多數(shù)路段采

2、用無砟軌道。無砟軌道線下結構由軌道板、CA砂漿層、支承層和基床層構成,其中,CA砂漿層位于軌道板和支承層之間,起到緩沖高速列車動荷載達到減振效果。目前多層線下結構大多數(shù)病害多集中在混凝土板和CA砂漿層上,主要表現(xiàn)為軌道板斷裂、CA沙漿層不密實、流出和脫空現(xiàn)象。
　　通過對線下結構和各種缺陷的深入分析,本研究提出了多層線下結構的層狀介質模型,利用彈性波在層狀介質中的傳播理論,推導出 CA砂漿層脫空和混凝土板內部不密實等缺陷可以從彈性

3、波場的振幅特征、頻率特征以及時頻特征上進行捕捉。從理論上證明在脫空和不密實缺陷的正上方彈性波場的波形振幅及卓越頻譜振幅會放大。
　　基于層狀介質彈性波場理論分析,考慮高速鐵路病害的典型特點,首先建立了高速鐵路線下結構三維缺陷模型,采用有限元動力方法對響應波場進行模擬計算。根據(jù)響應波形的振幅特征、頻譜特征及時頻特征等,研究高鐵線下結構中彈性波傳播的動力學特性,分析物理力學參數(shù)的變化,尤其是缺陷區(qū)域對響應波場的影響,發(fā)現(xiàn)界面反射系數(shù)是

4、彈性波無損檢測中重要的影響因素,建立了界面反射系數(shù)與沖擊響應強度、卓越頻譜振幅和時頻的響應持時的關系,為實際現(xiàn)場無損檢測開展和進一步的全波場無損檢測提供必要的依據(jù)。
　　最后,針對高鐵線路中常見的支承板與基床層間病害,實施了1:1實尺高鐵線下結構缺陷模型試驗。根據(jù)高鐵工藝要求,澆筑支承板與基床砂漿調整層;根據(jù)實際病害調查,在模型內部人為設置缺陷,并完成支承板的吊裝;最后在支承板上開展與實際現(xiàn)場類似的檢測試驗,通過對實測數(shù)據(jù)進行波形