[发明专利]一种高速铁路无砟轨道层间离缝脱空动态检测方法

说明书

本发明公开了一种高速铁路无砟轨道层间离缝脱空动态检测方法，根据欧拉‑伯努利梁理论和Winkler地基模型，建立动载荷条件下的轨道沉降变形曲线的微分方程；设置激光陀螺仪、激光测速传感器和多个激光多普勒测振仪，利用刚体运动学定律，建立轨道板表面沉降速度计算方程；求解轨道板沉降位移曲线(挠曲线)方程，将“力‑位移”静态观测演变成“速度‑位移”动态检测，并结合轨道板表面沉降速度计算方程求解轨道沉降变形曲线方程系数；将轨道板的脱空率进行分类，建立以轨道板多点沉降斜率为输入，轨道板脱空率为输出的深度学习网络，用于检测轨道板的脱空率。该方法解决在动载荷条件下，无砟轨道脱空离缝病害的高效快速检测问题。

技术领域

本发明涉及高速铁路无砟轨道检测领域，更具体涉及一种高速铁路无砟轨道层间离缝脱空动态检测方法。

技术背景

轨道板沉降动态测量目前没有相关公开的技术资料。与之相关的主要有公路路基路面沉降(弯沉)测量技术。目前国内外关于公路路基路面沉降测量技术研究主要集中在以下方面：

1)基于贝克曼梁或落锤式检测(Falling Weight Deflectometer,FWD)的静态测量方法。其中贝克曼梁方法只能测量单点静态最大弯沉，已经逐步被FWD方法所取代。FWD方法一般由7-10个测量传感器组成测量单元，每次测量都进行多次采样后计算各点弯沉。这类传统测量设备只能测量离散点，测量速度很慢，为了保证测量安全，需要对测量车道进行交通管制。而且静态采样的测量方式无法模拟移动载荷产生的路面弯沉，测量结果无法反映实际行车动力特征，有限离散点的弯沉也不能真实代表整条道路的弯沉情况。

2)基于激光多普勒技术的高速弯沉测量方法(Traffic Speed Deflectometer，TSD)。该方法通过测量路面变形速度反算弯沉量代替传统的直接测量变形位移方法。采用动态角度计算的方法获取路面变形速度，结合欧拉-伯努利梁(Euler-Bernoulli Beam)理论和弹性地基模型，推导弯沉盆曲线的两参数解，并采用牛顿迭代法利用路面变形速度反演路面弯沉，从而实现在正常交通速度(20-90km/h)下的连续弯沉测量，满足路网级弯沉测量的需要。

这些检测手段已经广泛应用于不同场景下的混凝土结构脱空离缝检测中，但大多数研究都缺乏系统化的理论依据，离缝的发生位置、损伤程度、演化规律以及对车体的冲击都缺乏科学的理论和数据支撑，仍然以主观性的评价为主。其次，传统的方法大多不能满足高速动态测量的要求，需要提出一种高速运动条件下轨道板离缝的精密测量方法。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述缺陷，提供一种用于解决在动载荷条件下，无砟轨道脱空离缝病害的高效快速检测问题的高速铁路无砟轨道层间离缝脱空动态检测方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的高速铁路无砟轨道层间离缝脱空动态检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1根据欧拉-伯努利梁理论和Winkler地基模型，建立动载荷条件下的轨道沉降变形曲线的微分方程；

S2设置激光陀螺仪、激光测速传感器和多个激光多普勒测振仪，利用刚体运动学定律，建立轨道板表面沉降速度计算方程；

S3求解轨道板沉降位移曲线(挠曲线)方程，将“力-位移”静态观测演变成“速度-位移”动态检测，并结合轨道板表面沉降速度计算方程求解轨道沉降变形曲线方程系数；

S4将轨道板的脱空率进行分类，建立以轨道板多点沉降斜率为输入，轨道板脱空率为输出的深度学习网络，用于检测轨道板的脱空率。

进一步地，所述激光多普勒测振仪，其中一个设置在载荷中心位置较远处，认为该处轨道板不受载荷作用，用于补偿和改正横梁的转动带来的测量误差；其余设置在载荷附近。用于测量列车轮对载荷下的轨道板表面相对于横梁的速度。