一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法与流程

技术特征：
1.一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)搭建所述车—轨—桥耦合系统，包括测试车、轨道、桥梁；所述测试车上设有加速度传感器；轨道与桥梁的接触层为轨枕层；2)建立轨道、桥梁、测试车响应方程，从而建立测试车与轨道接触点的加速度响应方程。3)令测试车在轨道和桥梁上运行，并利用加速度传感器监测所述测试车的竖向加速度响应4)利用竖向加速度响应计算出测试车与轨道接触点的加速度响应；5)对测试车与轨道接触点的加速度响应进行快速傅里叶变换，得到测试车与轨道接触点的加速度响应频谱；6)提取所述加速度响应频谱中前n阶测试车与轨道接触点加速度响应的频率成分，将所述频率成分作为驱车频率其中v为测量车移动速度，l为轨道跨度；7)利用低通滤波方法提取驱车频率响应分量；8)对驱车频率响应分量进行希尔伯特变换，计算得到瞬时幅值平方ias；9)计算根据t时间内的瞬时幅值平方ias建立ias曲线；10)根据ias曲线确定轨道、轨枕层、桥梁的损伤程度。2.根据权利要求1所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，所述测试车的刚度为k
v
、阻尼为c
v
、质量为m
v
；轨道的跨度为l1、截面抗弯刚度为e1i1、单位长度质量为ρ1a1；桥梁的跨度为l2、截面抗弯刚度为e2i2、单位长度质量为ρ2a2；所述测试车在轨道和桥梁上的运行速度为v。3.根据权利要求2所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，轨道与桥梁的跨度相同。4.根据权利要求1所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，建立测试车与轨道接触点的加速度响应方程的步骤包括：1)分别建立轨道、桥梁、测试车的运动方程，即：车的运动方程，即：车的运动方程，即：车的运动方程，即：式中，下标1,2分别表示轨道和桥梁；y(x,t)表示竖向位移；q
v
、分别为测量车的竖向位移和加速度；为测试车的自振频率；x
c
为车辆与轨道之间接触点的坐标；f
c
(t)
为车辆与轨道之间的接触力；ρ1为轨道材料密度；e1、e2分别表示轨道和桥梁的杨氏模量；i1、i2分别表示轨道和桥梁的截面惯性矩；ρ2a2表示桥梁单位长度质量；θ表示轨道轨枕刚度；ρ1a1表示轨道单位长度质量；δ(x-vt)表示狄克拉函数；g为常数；t为时域参数；其中，轨道竖向位移y1(x,t)和桥梁竖向位移y2(x,t)分别如下所示：(x,t)分别如下所示：式中，q
1n
(t)、q
2n
(t)表示模态坐标函数；2)将公式(5)-(6)代入公式(1)-(4)，并引入乘子得到车—轨—桥耦合系统的模态方程，即：的模态方程，即：其中，参数分别如下所示：3)将式(7)-(8)做拉普拉斯变换，即将式(7)-(8)转化为关于q
1n
(s)，q
2n
(s)的二元一次方程组，再进行求解得到：方程组，再进行求解得到：式中，q
1n
(s)、q
2n
(s)分别为q
1n
(t)、q
2n
(t)拉普拉斯变换后的结果；s为频域参数；其中，车—轨—桥耦合系统的固有高频固有低频如下所示：如下所示：4)对公式(10)-(11)进行拉普拉斯逆变换，得到：(11)进行拉普拉斯逆变换，得到：
其中，参数a
1n
、参数a
2n
、参数a
3n
、参数b
1n
、参数b
2n
、参数b
3n
、参数ε如下所示：、参数ε如下所示：、参数ε如下所示：5)将公式(14)-(15)代入公式(5)-(6)，得到轨道、桥梁的位移响应，即：(6)，得到轨道、桥梁的位移响应，即：6)将公式(19)代入测试车运动方程，得到测试车位移响应，即：式中，频率频率频率ω3＝ω；7)建立测试车与轨道接触点的加速度响应方程，即：式中，表示t时刻测试车与轨道接触点的加速度响应。5.根据权利要求1所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，瞬时幅值平方ias如下所示：法，其特征在于，瞬时幅值平方ias如下所示：式中，φ
k-j
(x)为模态形函数；a2(t)表示瞬时幅值平方ias。6.根据权利要求1所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，根据ias曲线的峰值信息确定轨道、轨道轨枕层、桥梁的损伤程度α。7.根据权利要求6所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，所述损伤程度α的取值范围为0～1；损伤程度α的数值大小于损伤程度成正
比。8.根据权利要求6所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，轨道、桥梁的损伤程度α满足下式：式中，b＝1,2；b＝1表示轨道；b＝2表示桥梁；h
b
为截面高度；k
rb
为损伤单元刚度。9.根据权利要求6所述的一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，其特征在于，轨枕损伤程度如下所示：式中，α3表示轨枕损伤程度。

技术总结
本发明公开一种基于运营列车动态响应的轨道—桥梁系统损伤识别的方法，步骤为：1)搭建车—轨—桥耦合系统；2)建立测试车与轨道接触点的加速度响应方程；3)监测所述测试车的竖向加速度响应4)计算出测试车与轨道接触点的加速度响应；5)计算得到瞬时幅值平方IAS；6)计算根据T时间内的瞬时幅值平方IAS建立IAS曲线；7)根据IAS曲线确定轨道、轨枕层、桥梁的损伤程度。本发明可以克服车辆频率、车辆阻尼、轨道阻尼参数、轨道边界条件对损伤检测的影响，有效检测轨道、桥梁、轨枕层的损伤位置、多裂缝和严重损伤程度。裂缝和严重损伤程度。裂缝和严重损伤程度。


技术研发人员：杨永斌 史康 胡孝霜
受保护的技术使用者：中国国家铁路集团有限公司
技术研发日：2021.11.20
技术公布日：2022/4/1