高速鐵路多層線下結(jié)構(gòu)病害彈性波場(chǎng)無損檢測(cè)方法研究.pdf

1、現(xiàn)階段我國高速鐵路線下結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出的損傷病害問題越來越多,探查鐵路線下結(jié)構(gòu)的病害成為土木工程領(lǐng)域關(guān)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(cè)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(duì)這一問題,本研究通過分析彈性波在線下結(jié)構(gòu)三維模型中的傳播特性和病害在彈性波動(dòng)場(chǎng)中的表現(xiàn)特征,達(dá)到推斷線下結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀況和檢測(cè)病害的目的。
　　根據(jù)對(duì)線下結(jié)構(gòu)形式及病害的調(diào)查結(jié)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(jié)構(gòu)由軌道板、CA砂漿層、支承層和基床層構(gòu)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(dòng)荷載達(dá)到減振效果。目前多層線下結(jié)構(gòu)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(shí)、流出和脫空現(xiàn)象。
　　通過對(duì)線下結(jié)構(gòu)和各種缺陷的深入分析,本研究提出了多層線下結(jié)構(gòu)的層狀介質(zhì)模型,利用彈性波在層狀介質(zhì)中的傳播理論,推導(dǎo)出 CA砂漿層脫空和混凝土板內(nèi)部不密實(shí)等缺陷可以從彈性

3、波場(chǎng)的振幅特征、頻率特征以及時(shí)頻特征上進(jìn)行捕捉。從理論上證明在脫空和不密實(shí)缺陷的正上方彈性波場(chǎng)的波形振幅及卓越頻譜振幅會(huì)放大。
　　基于層狀介質(zhì)彈性波場(chǎng)理論分析,考慮高速鐵路病害的典型特點(diǎn),首先建立了高速鐵路線下結(jié)構(gòu)三維缺陷模型,采用有限元?jiǎng)恿Ψ椒▽?duì)響應(yīng)波場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算。根據(jù)響應(yīng)波形的振幅特征、頻譜特征及時(shí)頻特征等,研究高鐵線下結(jié)構(gòu)中彈性波傳播的動(dòng)力學(xué)特性,分析物理力學(xué)參數(shù)的變化,尤其是缺陷區(qū)域?qū)憫?yīng)波場(chǎng)的影響,發(fā)現(xiàn)界面反射系數(shù)是

4、彈性波無損檢測(cè)中重要的影響因素,建立了界面反射系數(shù)與沖擊響應(yīng)強(qiáng)度、卓越頻譜振幅和時(shí)頻的響應(yīng)持時(shí)的關(guān)系,為實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)開展和進(jìn)一步的全波場(chǎng)無損檢測(cè)提供必要的依據(jù)。
　　最后,針對(duì)高鐵線路中常見的支承板與基床層間病害,實(shí)施了1:1實(shí)尺高鐵線下結(jié)構(gòu)缺陷模型試驗(yàn)。根據(jù)高鐵工藝要求,澆筑支承板與基床砂漿調(diào)整層;根據(jù)實(shí)際病害調(diào)查,在模型內(nèi)部人為設(shè)置缺陷,并完成支承板的吊裝;最后在支承板上開展與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)類似的檢測(cè)試驗(yàn),通過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行波形