轨道检测.ppt

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1、 轨道结构检测3.1 3.1 概述概述 轨道结构是一个长大工程结构。轨道结构是一个长大工程结构。其基本的其基本的物理力学参数物理力学参数主要包括道床密实度、道床脏污率、道床变形模量、道床阻主要包括道床密实度、道床脏污率、道床变形模量、道床阻力、道床阻尼、钢轨基本弹性系数、轨道横向刚度、钢轨支力、道床阻尼、钢轨基本弹性系数、轨道横向刚度、钢轨支点弹性系数等。点弹性系数等。这些参数又都因受轨道使用年限、地质情况、气候条件这些参数又都因受轨道使用年限、地质情况、气候条件及线路养护水平等多种因素的影响而不断变化，对于某种给及线路养护水平等多种因素的影响而不断变化，对于某种给定的轨道类型来说各参数值总是

2、在一定的范围内变化。而作定的轨道类型来说各参数值总是在一定的范围内变化。而作用在轨道上的荷载，也因受机车车辆的结构、车辆装载、司用在轨道上的荷载，也因受机车车辆的结构、车辆装载、司机操作水平、行车速度、车轮圆顺程度、轨面平顺性及轨下机操作水平、行车速度、车轮圆顺程度、轨面平顺性及轨下基础弹性的均匀性等多种因素的影响而带有随机性。基础弹性的均匀性等多种因素的影响而带有随机性。轨道结构检测3.1 3.1 概述概述 在列车作用下，在轨道中所引起的各种动力效应，包括在列车作用下，在轨道中所引起的各种动力效应，包括轮轨之间及轨道各部件之间的相互作用力及轨道各部件的位轮轨之间及轨道各部件之间的相互作用力及

3、轨道各部件的位移、应力、应变、振动等也是随机的。轨道结构的各种计算移、应力、应变、振动等也是随机的。轨道结构的各种计算理论，都是以一定的力学模型及给定的荷载参数和轨道参数理论，都是以一定的力学模型及给定的荷载参数和轨道参数为前提，其计算结果只能反映一定的轨道结构在给定的运营为前提，其计算结果只能反映一定的轨道结构在给定的运营条件下，轨道的各种动力效应值的大致水平和量级，不可能条件下，轨道的各种动力效应值的大致水平和量级，不可能给出某次行车在某个轨道断面上的真实值，这往往给许多实给出某次行车在某个轨道断面上的真实值，这往往给许多实际工程问题的解决，带来一定的困难。际工程问题的解决，带来一定的困难

4、。轨道结构检测3.1 3.1 概述概述 轨道结构是一个复杂的超静定结构。轨道结构是一个复杂的超静定结构。列车作用下的各种列车作用下的各种动力效应，不单与轮轨相互作用的动力过程有关，而且还与动力效应，不单与轮轨相互作用的动力过程有关，而且还与轨道的结构状态及维修状态有关，因此在做测试时，尽量不轨道的结构状态及维修状态有关，因此在做测试时，尽量不要改变轨道结构原有的状态。如果因埋设、安装测试元件而要改变轨道结构原有的状态。如果因埋设、安装测试元件而必须破坏原有的轨道结构状态时，则这些工作必须提前进行。必须破坏原有的轨道结构状态时，则这些工作必须提前进行。提前的时间视线路的行车条件而定，要求在正式测

5、试之前，提前的时间视线路的行车条件而定，要求在正式测试之前，通过列车的运行和轨道作业，使轨道恢复到原有的状态。如通过列车的运行和轨道作业，使轨道恢复到原有的状态。如果要求在某种人为的行车条件或轨道条件下进行轨道动力效果要求在某种人为的行车条件或轨道条件下进行轨道动力效应的测试，则在这种人为条件以外的轨道条件也应尽量保持应的测试，则在这种人为条件以外的轨道条件也应尽量保持原状。原状。轨道结构检测3.2 3.2 轮轨相互作用荷载的测试轮轨相互作用荷载的测试 轮轨之间及轨道各部件之间的荷载，是轮轨动力效应的轮轨之间及轨道各部件之间的荷载，是轮轨动力效应的形式之一。形式之一。目前，这些荷载的测试都是先

6、在动态条件下测得某一轨目前，这些荷载的测试都是先在动态条件下测得某一轨道部件的某部位，或某一感受元件的道部件的某部位，或某一感受元件的“当量应变当量应变”，然后再，然后再在相同的加载条件下施加静荷载进行标定。当标定的静应变在相同的加载条件下施加静荷载进行标定。当标定的静应变与实测时的动应变相当时，标定时的静荷载值就算是我们所与实测时的动应变相当时，标定时的静荷载值就算是我们所测得的动载值。测得的动载值。这种动载实质上是在保证我们所选定的这种动载实质上是在保证我们所选定的“当当量应变量应变”相等时的当量静荷载。相等时的当量静荷载。轨道结构检测3.2.1 3.2.1 车轮作用到钢轨上的垂直力车轮作

7、用到钢轨上的垂直力P P1 1、P P2 2的测试的测试 车轮作用于钢轨上的垂直力车轮作用于钢轨上的垂直力P是判断行车稳定性，轨道是判断行车稳定性，轨道负荷状态的重要参数。负荷状态的重要参数。P值的过分降低可能引起减载爬轨。一般要求的降低值值的过分降低可能引起减载爬轨。一般要求的降低值与平均静轮重之比与平均静轮重之比P/P0.6P/P0.6。此外，横向水平力。此外，横向水平力H和垂直轮和垂直轮重重P之比，即之比，即H/P称为称为脱轨系数脱轨系数，评价机车车辆对轨道破坏作，评价机车车辆对轨道破坏作用的主要指标。用的主要指标。垂直力分为两种：垂直力分为两种：冲击荷载冲击荷载P1和和准静态荷载准静态

8、荷载P2 轨道结构检测3.2.1 3.2.1 车轮作用到钢轨上的垂直力车轮作用到钢轨上的垂直力P P1 1、P P2 2的测试的测试 冲击荷载冲击荷载P1：当车轮滚过踏面扁疤、轨面擦伤、接头、当车轮滚过踏面扁疤、轨面擦伤、接头、岔心等部位时，会出现轮轨冲击现象。这种冲击荷载的持续岔心等部位时，会出现轮轨冲击现象。这种冲击荷载的持续时间很短，一般在时间很短，一般在0.75ms以内。这种短时间的超载或减载以内。这种短时间的超载或减载(高高频荷载频荷载)，一般不会危及行车安全，一般不会危及行车安全(爬轨或倾覆爬轨或倾覆)。由于其频率。由于其频率很高，在自上而下的传递过程中衰减很快，因而对轨枕以下很高

9、，在自上而下的传递过程中衰减很快，因而对轨枕以下各部件的应力、应变不会有太大的影响。各部件的应力、应变不会有太大的影响。冲击荷载是引起轨冲击荷载是引起轨头破损、螺栓孔裂纹和接头轨枕裂纹的主要原因。头破损、螺栓孔裂纹和接头轨枕裂纹的主要原因。它还可能它还可能导致很大的道床振动加速度，致使道渣破碎、道床沉陷和边导致很大的道床振动加速度，致使道渣破碎、道床沉陷和边坡坍塌。坡坍塌。P1是衡量轨道接头质量的主要指标。是衡量轨道接头质量的主要指标。1P 轨道结构检测3.2.1 3.2.1 车轮作用到钢轨上的垂直力车轮作用到钢轨上的垂直力P P1 1、P P2 2的测试的测试 准静态荷载准静态荷载P2：当理

10、想圆顺的车轮沿基础弹性均匀、表当理想圆顺的车轮沿基础弹性均匀、表面平直的轨道运动时，车辆各部件不产生振动，无附加动力面平直的轨道运动时，车辆各部件不产生振动，无附加动力荷载，车轮作用到钢轨上的将是一个大小恒等于静轮重，以荷载，车轮作用到钢轨上的将是一个大小恒等于静轮重，以速度速度V运动的荷载。另外，当理想圆顺的车轮滚过具有长波运动的荷载。另外，当理想圆顺的车轮滚过具有长波长的不平顺轨道时，车轮作用到钢轨上的荷载将是一个幅值长的不平顺轨道时，车轮作用到钢轨上的荷载将是一个幅值变化缓慢、并以速度变化缓慢、并以速度V运动的低频动力荷载。运动的低频动力荷载。这种荷载可能这种荷载可能对减载脱轨、爬轨带来

11、危害。对减载脱轨、爬轨带来危害。并且荷载对轨道的作用和静荷并且荷载对轨道的作用和静荷载大体相似，可以按近似于载大体相似，可以按近似于1的传递函数自钢轨向基础传递，的传递函数自钢轨向基础传递，引起钢轨、轨枕的弯曲及枕下基础的应力应变，故称这种荷引起钢轨、轨枕的弯曲及枕下基础的应力应变，故称这种荷载为准静态荷载。载为准静态荷载。1P 轨道结构检测垂直力垂直力P P1 1、的测试、的测试 需消除水平荷载及垂直荷载偏心的影响，这就要求需消除水平荷载及垂直荷载偏心的影响，这就要求相对于相对于钢轨垂直中和轴对称贴片钢轨垂直中和轴对称贴片，这在轨头部分难以实现，因此要，这在轨头部分难以实现，因此要在钢轨接头

12、螺栓孔周边在钢轨接头螺栓孔周边45方向贴片，选轨腰应变为方向贴片，选轨腰应变为“等效等效应变应变”，确定，确定P1值。值。1P轨缝处钢轨断面上的垂直应力轨缝处钢轨断面上的垂直应力应变片应变片0.1s我国测定值我国测定值P P1 1的贴片位置及波形的贴片位置及波形准静态荷载准静态荷载第三螺孔第三螺孔冲击荷载冲击荷载贴片位置贴片位置第二螺孔第二螺孔准静态荷载准静态荷载冲击荷载冲击荷载准静态荷载准静态荷载第一螺孔第一螺孔冲击荷载冲击荷载我国测试资料我国测试资料第三章 轨道结构检测垂直力垂直力P P1 1、的标定：、的标定：方法方法1：用已知静轮重的机车或车辆，以低于的速度，以贴片用已知静轮重的机车或

13、车辆，以低于的速度，以贴片端为送轮端、慢速滚过测试接头。根据静轮重，慢速滚过时端为送轮端、慢速滚过测试接头。根据静轮重，慢速滚过时的应变值及列车运行时的应变值，求得当量静荷载值。的应变值及列车运行时的应变值，求得当量静荷载值。方法方法2：落轴试验落轴试验。测定测定P P1 1的贴片、组桥及落轴时的应变波形的贴片、组桥及落轴时的应变波形VBA补补补补ChFEHmt波形图波形图第三章 轨道结构检测落轴试验：落轴试验：设落在一股钢轨上的质量为设落在一股钢轨上的质量为(轮对质量的一半轮对质量的一半)，落轴高，落轴高度为度为H，在图，在图3-5波形图上的波形图上的E点，车辆接触钢轨，桥路开始点，车辆接触

14、钢轨，桥路开始有输出，在有输出，在F点输出达最大值，然后输出减小，到点输出达最大值，然后输出减小，到C点输出归点输出归零。由此来分析轮轨相互作用的过程。根据冲量定理零。由此来分析轮轨相互作用的过程。根据冲量定理 来计算来计算冲击力冲击力F。2mgHm VFtt第三章 轨道结构检测落轴试验：落轴试验：设落在一股钢轨上的质量为设落在一股钢轨上的质量为(轮对质量的一半轮对质量的一半)，落轴高，落轴高度为度为H，在图，在图3-5波形图上的波形图上的E点，车辆接触钢轨，桥路开始点，车辆接触钢轨，桥路开始有输出，在有输出，在F点输出达最大值，然后输出减小，到点输出达最大值，然后输出减小，到C点输出归点输出

15、归零。由此来分析轮轨相互作用的过程。根据冲量定理零。由此来分析轮轨相互作用的过程。根据冲量定理 来计算来计算冲击力冲击力F。2mgHm VFtt第三章 轨道结构检测垂直力垂直力P P2 2的测试的测试 方法：方法：剪力法、轨腰压缩法剪力法、轨腰压缩法1P剪力法测剪力法测P P2 2原理图原理图Sr-R2Sr-R2SrP2R1R1R2R2SrSrP2SL-SL-SLR3R3SL-R3(a)(b)第三章 轨道结构检测剪力法：剪力法：设有一荷载设有一荷载P2作用于钢轨上，则钢轨内的剪力分布上图作用于钢轨上，则钢轨内的剪力分布上图所示，在所示，在P2的作用跨内，两边的剪力分别为的作用跨内，两边的剪力分

16、别为Sr及及Sl。取隔离。取隔离体，可知：体，可知：2()rLPSS 只要能同时测得只要能同时测得Sr及及Sl，并且取其和，即可得，并且取其和，即可得P2值。值。测定测定Sr及及Sl，并求其和的方法有两种：剪应力法及弯矩差，并求其和的方法有两种：剪应力法及弯矩差法。法。第三章 轨道结构检测剪应力法计算公式：剪应力法计算公式：rS GJbg剪应力；rS剪力；J钢轨断面相对于水平中和轴的惯性矩；G剪应力计算点以外的断面积相对于水平中和轴的静面矩；b断面厚度。用应变片无法直接测得剪应力用应变片无法直接测得剪应力，采用下页图示方法，采用下页图示方法贴片、组桥。贴片、组桥。第三章 轨道结构检测剪应力法测试垂直力剪应力法测试垂直力P P2 2：1P我国用剪力法测我国用剪力法测P P2 2的贴片、组桥及波形的贴片、组桥及波形P2P2220mmB2SB2B2B2B2B2B2B2B2第三章 轨道结构检测剪应力法测试垂直力剪应力法测试垂直力P P2 2：1P上下上下上下下上轨腰应变片轨底应变片轨腰应变片（竖向力桥）连桥原则：轨腰应变片（竖向力桥）连桥原则：(1)内内相连；内内相连；(2)同片外连外；同片外