高速鐵路軌道平順性檢測關鍵理論與技術

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適讀人群：鐵道工程及工務管理設計、科研與鐵道工程專業師生

京滬高鐵線已運營十年，復興號使得單程時間縮到至4小時18分，高鐵時代的“雙城記”改變著我們對地域的理解。在高速、大運量、運營時間累計，我們對高鐵的要求也在不斷改變，穩靜舒適度一直是高鐵在便捷以外給乘客的另一大體驗。既有的高鐵線下部基礎沉降等變形直接影響軌道平順性，另一方面受軌道使用過程手多因素耦合效應影響狀態劣化；另一方面隨著運營規模的不斷擴大，高品質的高鐵建設仍牛海員然需求量較大。科學評估是高鐵運營安全的重要保障，加強我國高速鐵路軌道平順性監測、監測與評估的建議。

內容簡介

本書針對影響高速鐵路軌道平順性的檢測與評價的若干關鍵問題，在總結現有軌道幾何狀態檢測與監測技術、軌道剛度檢測方法、無縫線路狀態監測理論、無砟軌道病害檢測方法和高速道岔狀態監測技術的基礎上，分析了我國高速鐵路軌道平順性檢測與監測方面面臨的主要挑戰；系統研究了軌道靜態不平順的高效檢測理論與方法、軌道不平順的動力學控制理論及評估技術、軌道寬頻動剛度的檢測理論與方法、基於模態的無砟道床傷損檢測理論與方法、影響高速鐵路高平順性的無縫線路斷軌與溫度力監測技術，及高速道岔鋼軌裂紋監測技術等；提出了加強我國高速鐵路軌道平順性檢測、監測與評估的若干建議。

圖書目錄

第1章緒論1

1.1中國高速鐵路軌道維護檢修體系2

1.2現代軌道幾何狀態檢測與監測技術4

1.2.1軌道幾何狀態檢測技術的主要分類4

1.2.2軌道動態不平順檢測技術的發展現狀4

1.2.3軌道靜態不平順檢測技術的發展現狀7

1.2.4其他相關檢測技煮講嚷術的發展與踏少臭套用9

1.2.5軌道狀態監測技術的發展與套用12

1.3高速鐵路軌道平順性檢測面臨的主要挑戰14

參考文獻16

第2章高速鐵路軌道靜態平順性檢測19

2.1高速鐵路軌道平順性的精密工程測量與控制19

2.1.1高速鐵路軌道精密工程測量19

2.1.2軌道空間幾何芝旋線形控制方法20

2.2基於中點弦測法反演的軌道不平順檢測21

2.2.1基雄蜜酷辯於中點弦測法的逆濾波法21

2.2.2基於中點弦測法反演的軌道不平順檢測理論27

2.2.3基於高頻採樣的中點弦測法39

2.3基於一弦多點弦測法反演的軌道不平順檢測47

2.3.1一弦N點弦測法的數學模型47

2.3.2一弦N點弦測系統誤差分析53

2.4基於最優多點弦測法反演的軌道不平順檢測66

2.4.1最最佳化問題描述67

2.4.2最佳化方案69

2.4.3一弦N點的單測點弦測法70

2.4.4最優兩點弦測法72

2.4.5其他多點弦測法75

2.4.6最優多測點弦測法的最佳化率80

2.5慣性導航系統檢測82

2.5.1慣性導航技術簡介82

2.5.2慣性導航系統檢測理論82

2.5.3慣性導航偏移分析86

2.6相對與絕對結合的高效檢測87

2.6.1軌道不平順相對測量技術87

2.6.2軌道不平順絕對測量技術87

2.6.3相對與絕對結合的檢測技術88

2.6.4軌檢儀的最佳化研究90

參考文獻93

第3章高速鐵路軌道不平順動力學控制與評估95

3.1國內外軌道不平順的評價方法96

3.1.1軌道局部不平順評價方法96

3.1.2軌道整體不平順評價方法101

3.1.3功率譜密度評定軌道平順狀態108

3.2軌道不平順與輪軌系統的頻率回響規律114

3.2.1車輛軌道空間耦合系統頻響分析模型114

3.2.2車輛軌道空間耦合系統典型頻響規律分析129

3.3軌道不平順的敏感波長分析142

3.3.1高低不平順的敏感波長分布142

3.3.2水平不平順的敏感波長分布144

3.3.3軌向不照和漿平順的敏感波長分布146

3.3.4軌距不平順的敏感波長分布148

3.4基於動力學的軌道不平順評價方法149

3.4.1軌道不平順波長權重函式150

3.4.2軌道不平順的重構164

3.4.3考慮波長權重的軌道不境拜享舟平順管理值193

3.5套用案例分析199

3.5.1軌道不平順數據樣本199

3.5.2動力學回響分析201

3.5.3峰值管理203

3.5.4均值管理206

參考文獻209

第4章軌道寬頻動剛度檢測211

4.1軌道寬頻動剛度檢測概述211

4.1.1結構的靜剛度與動剛度211

4.1.2結構剛度的計算方法212

4.1.3軌道垂向剛度212

4.2國內外軌道剛度檢測技術現狀214

4.2.1軌道結構部件剛度的測量214

4.2.2軌道整體剛度的測量222

4.2.3軌道剛度測量方法分析與比較235

4.3軌道結構動力特徵238

4.3.1軌道結構的動力特性238

4.3.2軌道結構動力特性的控制與套用241

4.3.3軌道結構系統動力特性仿真243

4.3.4軌道結構系統動力特性的參數244

4.4軌道結構寬頻動剛度計算理論245

4.4.1兩自由度的軌道動剛度計算模型245

4.4.2多自由度的軌道動剛度計算模型246

4.4.3有砟軌道結構的寬頻動剛度計算247

4.5軌道結構寬頻動剛度測試方法250

4.5.1力錘激勵法250

4.5.2小車檢測法257

參考文獻263

第5章高速鐵路無砟軌道傷損檢測265

5.1無砟軌道傷損及檢測技術概述265

5.1.1無砟軌道主要傷損類型265

5.1.2無砟軌道傷損檢測現狀268

5.2模態法檢測無砟軌道傷損269

5.2.1基於固有頻率的結構傷損檢測269

5.2.2基於曲率模態的無砟軌道傷損檢測270

5.2.3基於高斯曲率的無砟軌道傷損檢測277

5.2.4模態法檢測傷損試驗280

5.3基於衝擊回波法識別無砟軌道傷損282

5.3.1衝擊回波法的檢測原理282

5.3.2衝擊回波法的數值仿真285

5.3.3衝擊回波法檢測傷損試驗291

5.4無砟軌道傷損檢測系統設計294

5.4.1系統方案295

5.4.2檢測系統硬體設備296

5.4.3檢測系統裝置298

5.4.4信號處理299

5.4.5檢測系統識別傷損301

參考文獻302

第6章無縫線路溫度力及斷軌監測303

6.1無縫線路監測及檢測技術304

6.1.1傳統監測方法304

6.1.2新型監測方法305

6.2無縫線路中鋼軌溫度力測試306

6.2.1雙向應變法測試原理及組橋方案307

6.2.2鋼軌截面溫度變化對測量誤差的影響311

6.2.3基本溫度力與附加縱向力的分離研究315

6.2.4異包層光纖光柵感測器的室內試驗驗證319

6.2.5現場試驗驗證321

6.3高架站橋上無縫道岔監測系統322

6.3.1橋上無砟道岔的狀態控制指標322

6.3.2橋上無砟道岔敏感區域323

6.3.3高速鐵路高架站軌道系統狀態監測的主要內容330

6.3.4主要監測技術332

6.3.5高架站無縫道岔監測系統的主要組成333

6.3.6監測系統的狀態預測、報警和預警335

參考文獻336

第7章高速道岔鋼軌裂紋監測338

7.1道岔鋼軌傷損檢測及監測技術338

7.1.1鋼軌傷損分類338

7.1.2國內外道岔監測系統339

7.1.3鋼軌傷損檢測及監測技術341

7.2基於聲發射技術的道岔鋼軌裂紋傷損識別算法347

7.2.1經典聲發射信號處理算法347

7.2.2能量譜比值法348

7.2.3基於小波包分析的聲發射信號處理354

7.2.4基於大數據的聲發射信號處理361

7.2.5海量數據測試及結果372

7.3高速道岔鋼軌裂紋監測系統373

7.3.1道岔監測系統的主要設計原則374

7.3.2道岔監測系統的設計理念374

7.3.3系統架構375

7.3.4系統組成375

7.3.5功能設計378

7.3.6室內試驗驗證380

7.3.7信號在鋼軌中衰減試驗381

參考文獻382

作者簡介

王平，工學博士，西南交通大學教授,博士生導師。現為高速鐵路線路工程教育部重點實驗室主任、西南交通大學道路與鐵道工程系主任、高速鐵路軌道結構理論與安全服役技術四川省科技創新團隊帶頭人。曾獲享受國務院政府特殊津貼專家、教育部新世紀人才、四川省學術及技術帶頭人等稱號，並於2014年獲得國家傑出青年科學基金。長期從事鐵路軌道方面的教學與科研工作，是西南交通大學道路與鐵道工程國家J重點學科帶頭人；獲得國家J教學成果獎1項，四川省教學成果獎4項。

王平教授重點研究高速重載軌道結構及軌道動力學、鐵路軌道不平順及動力學、跨區間無縫線路設計理論與方法以及城市軌道交通減振降噪等方向。主持建立了我國高速鐵路道岔設計理論體系，領導了我國時速250公里、350公里系列高速鐵路道岔的研製；探明了無縫道岔與橋樑等基礎間的約束機制與作用規律，解決了高速道岔套用於不同基礎結構上的適應性難題；形成了高速鐵路軌道平順性保持技術體系，解決了高鐵建設與運營過程中軌道平順狀態診斷與高平順性長期保持的技術難題。承擔國家“863”計畫、國家高速鐵路基礎研究聯合基金重點支持項目、國家自然科學基金及鐵道部科技開發項目20餘項。2016年，作為第一完成人以“高速鐵路軌道平順性保持技術”項目獲國家技術發明獎二等獎；曾主持獲得四川省、教育部及中國鐵道學會科技進步獎一等獎3項。出版專著5本，獨著的《高速鐵路道岔設計理論與實踐》獲得了中國圖書“三個一百”原創出版工程獎；獲國家發明和實用新型專利44項，軟體著作權8項；近5年，SCI收錄論文共46篇，EI收錄論文共167篇。

肖傑靈，博士，副教授。西南交通大學土木工程學院道路與鐵道工程系任教。長期從事高速、重載及城市軌道交通軌道動力學、軌道結構領域的研究與工程套用，主要研究方向包括鐵路無縫線路技術、新型軌道結構研究與套用、工務檢測與監測技術等。作為主研人員參與了我國高速道岔理論創新與套用、無砟軌道理論研究與結構再創新等工作。先後主持國家自然科學基金青年基金１項，中國鐵路總公司科技開發計畫重點項目３項，四川省科技支撐計畫項目１項，中鐵二院、成都局和太原局等單位科技攻關項目多項；參與包括國家科技重大專項、國家自然科學基金高鐵聯合基金、中國鐵路總公司、中國鐵路工程總公司等單位的科學研究與技術攻關項目數10項，為高速、重載、快速及城市軌道交通軌道工程的研究及技術創新提供了大量的諮詢與技術支持。合著《高速鐵路橋上無縫線路技術》等專著1部，參編《軌道工程》《鐵道工程施工及檢測技術》等系列教材。發表高水平論文20餘篇，獲得發明專利５項。曾獲教育部科技進步一等獎１項、鐵道學會特等獎１項，中國鐵路工程總公司獎項若干項。

高速鐵路軌道平順性檢測關鍵理論與技術

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