基于OFDR的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统的制作方法

基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统
技术领域
1.本发明属于高速铁路轨道安全监测领域，具体涉及一种基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统。


背景技术：

2.截止到2020年底，我高速铁路运营里程超过3.5万公里，占据全世界三分之二以上，已成为推动国家经济发展最为重要的基础设施之一。轨道结构是铁路系统重要的组成部分，其平顺性是评价列车特别是高速列车安全运营的重要指标。
3.无砟轨道采用混凝土、沥青混合料等整体基础取代散粒碎石道床的轨道结构，避免了道砟飞溅，具有平顺性好、稳定性好、使用寿命、耐久性好和维修工作少等优点，是当今世界先进的轨道技术，可确保列车运行时速350千米以上安全运营。纵连轨道是目前应用最为广泛的无砟轨道，与单元式轨道相比，纵连轨道减少了结构自由边薄弱环节，具有更高的整体性。在高温以及高频振动疲劳荷载作用下，纵连轨道的轨道板易发生上拱，不利于高速列车平顺性行驶，存在一定的运营灾害风险。为整治和防止轨道板上拱，植筋锚固是当前最为有效的方法之一。植筋锚固主要施工过程是在轨道板和支撑层上钻孔，并将钢筋植入到支撑层并注入砂浆。植筋改变了轨道板原有的受力和传力形式，且在钻孔位置形成了不同的界面，在高频振动和温度作用下，植筋锚固效果缺乏有效的评价方式。因此有必要为无砟轨道纵连轨道板植筋锚固性能提供一套监测系统。


技术实现要素：

4.本发明针对无砟轨道纵连轨道板植筋锚固性能评价问题，提出了一种基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统。
5.本发明的技术方案为：基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统，包括锚固钢筋1、应变光纤2、松套管温度光纤3、传输跳线4，ofdr数据采集单元5、植筋锚固性能评价单元6，其特征在于：应变光纤2和松套管温度光纤3串联后粘帖在锚固钢筋1上并在纵连轨道板钻孔位置处植入，应变光纤2和松套管温度光纤3通过传输跳线4接入ofdr数据采集单元5，ofdr数据采集单元5将应变和温度信息传输至植筋锚固性能评价单元6进行纵联轨道板植筋锚固性能评价。
6.锚固钢筋1表面对称位置开两条深度和宽度均为1mm的槽，槽的长度等于锚固钢筋1的长度。
7.应变光纤2和松套管温度光纤3串联并用环氧树脂胶对称粘帖到锚固钢筋1的两条槽中。
8.所述的应变光纤2以及松套管温度光纤中的光纤为抗弯曲单模光纤，最小弯曲半径5mm。
9.所述的粘帖应变光纤2和松套管温度光纤3后的锚固钢筋1在钻孔位置插入到纵连轨道板的支撑层并注砂浆。
10.ofdr数据采集单元5通过传输跳线4连接应变光纤2，并将应变光纤2感知的应变数据和松套管温度光纤3感知的温度数据传输到植筋锚固性能评价单元6。
11.所述的ofdr数据采集单元5为商业化ofdr解调仪器。
12.植筋锚固性能评价单元6基于温度数据剔除耦合到应变数据中的温度信息，基于提出温度信息的应变数据时程分析及应变突变点识别开展植筋锚固性能评价。
13.本发明的效果和益处是基于粘帖在钢筋上的应变和温度光纤，ofdr可以连续测量钢筋长度方向的应力应变，空间分辨率可达到毫米级别，基于钢筋连续应变分析，可以有效评估高温荷载和高频振动荷载作用下纵连轨道板的植筋锚固效果，可实现轨道板与支撑板离缝和上拱灾害监测。
附图说明
14.图1为本发明的基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统的结构示意图；
15.图2为本发明的光纤在锚固钢筋上的布设结构示意图。
16.图中：1锚固钢筋；2应变光纤；3松套管温度光纤；4传输跳线；5ofdr数据采集单元；6植筋锚固性能评价单元。
具体实施方式
17.以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
18.附图1为本发明的基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统的结构示意图。具体实施方式是应变光纤2和松套管温度光纤3串联后粘帖在锚固钢筋1上并在纵连轨道板钻孔位置处插入支撑层，然后注入砂浆保护；应变光纤2和松套管温度光纤3通过传输跳线4接入ofdr数据采集单元5，ofdr数据采集单元5解调应变光纤2感知的应变数据和松套管温度光纤感知的温度数据并传输至植筋锚固性能评价单元6中。植筋锚固性能评价单元6首先利用松套管温度光纤感知的温度数据剔除耦合到应变数据中的温度数据，即对应变数据进行温度补偿；然后基于温度补偿后的应变数据的时程曲线分析及应变突变点识别方法计算锚固钢筋1的受力变化评价锚固钢筋1的锚固性能。
19.本发明中应变光纤2和松套管温度光纤3对称布设在锚固钢筋1的槽中并包裹于砂浆中，两者感知的温度场基本相同。应变光纤2感知应变同时受环境温度影响，基于松套管温度光纤3可对应变光纤2的应变进行点对点温度补偿，具体过程如下：
20.δν
ε，t
＝k
ε
δε k
t1
δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
21.δv
t
＝k
t2
δt
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
22.式(1)和式(2)中，δv
ε，t
和δv
t
分别表示应变光纤2和松套管温度光纤3因应力或环境温度变化引起的光谱偏移量，δv
ε，t
表示光谱偏移量由应变和温度耦合引起，δv
t
表示光谱偏移量仅有温度引起；ks，k
t1
分别为应变光纤1的应变和温度灵敏度系数；k
t2
为松套管温度光纤的温度灵敏度系数；δε，δt分别为应变和温度增量。结合式(1)和式(2)，可以直接将式(1)中的应变增量解耦，如式(3)：
[0023][0024]
附图2为本发明的光纤在锚固钢筋上的布设结构示意图。具体实施方式是在锚固
钢筋1外表面对称位置开深度和宽度均为1mm的槽，槽长度等于锚固钢筋1的长度，应变光纤2和松套管温度光纤3采用环氧树脂胶粘帖在槽内。应变光纤2和松套管温度光纤3中的光纤均为抗弯曲光纤，最小弯曲半径5mm，确保光纤在纵连轨道板钻孔内的狭窄空间信号的无损传输。
[0025]
以上所述仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统，包括锚固钢筋(1)、应变光纤(2)、松套管温度光纤(3)、传输跳线(4)、ofdr数据采集单元(5)和植筋锚固性能评价单元(6)；其特征在于：所述的应变光纤(2)和松套管温度光纤(3)串联后粘帖在锚固钢筋(1)上，植入到纵连轨道板中并通过传输跳线(4)接入ofdr数据采集单元(5)，ofdr数据采集单元(5)将应变和温度信息传输至植筋锚固性能评价单元(6)进行纵联轨道板植筋锚固性能评价。2.根据权利要求1所述的基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统，其特征在于锚固钢筋(1)表面对称位置开两条深度和宽度均为1mm的槽，槽长等于锚固钢筋(1)长度。3.根据权利要求1、2或3所述的基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统，其特征在于应变光纤(2)和松套管温度光纤(3)中的光纤为抗弯曲单模光纤，最小弯曲半径5mm；应变光纤(2)和松套管温度光纤(3)串联后用环氧树脂胶粘帖在锚固钢筋(1)槽中。4.根据权利要求3所述的基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统，其特征在于：锚固钢筋(1)植入到纵连轨道板中，应变光纤(2)和松套管温度光纤(3)通过传输跳线(4)接入ofdr数据采集单元(5)。5.根据权利要求4所述的基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统，其特征在于：ofdr数据采集单元(5)解调应变光纤(2)和松套管温度光纤(3)感知的应变和温度数据并传输到植筋锚固性能评价单元(6)。6.根据权利要求5所述的基于ofdr的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统，其特征在于：植筋锚固性能评价单元(6)对应变数据进行温度补偿并基于补偿后应变时程数据分析及应变突变点识别评价植筋锚固性能。

技术总结
本发明公开了一种基于OFDR的纵连轨道板植筋锚固性能监测系统，将应变光纤和松套管温度光纤粘帖在锚固钢筋表面植入到纵连轨道板中，OFDR数据采集单元测量锚固钢筋的长度方向应变评价植筋锚固性能。本发明监测系统可以获取锚固钢筋在支撑层、轨道板等位置的连续应变信息，适用于轨道板上拱和轨道板与支撑层的离缝监测。缝监测。缝监测。


技术研发人员：ꢀ(51)Int.Cl.G01D21/02
受保护的技术使用者：大连博瑞鑫科技有限公司
技术研发日：2021.06.02
技术公布日：2022/12/5