[发明专利]一种浮置板橡胶支座老化引起刚度增长的监测方法

说明书

本发明涉及一种浮置板橡胶支座老化引起刚度增长的监测方法，包括步骤：步骤1、不同橡胶支座刚度下的浮置板位移响应计算；步骤2、摩擦纳米发电机输出信号计算；步骤3、摩擦纳米发电机实测。本发明的有益效果是：在实际运营轨道安装摩擦纳米发电机，将监测所得电信号与计算所得的输出电压时程曲线进行对比，推测浮置板在该点位的位移响应，以此推算橡胶支座刚度；直接对比模拟计算电压和实测电压，不用将摩擦纳米发电机信号反算为橡胶支座刚度，使用简单便捷；该方法可以监测浮置板橡胶支座老化情况，保障列车系统运营安全,并且利用摩擦纳米发电机作为自供能传感器，减少人工检修耗费的人力物力。

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，具体说，它涉及一种浮置板橡胶支座老化引起刚度增长的监测方法。

背景技术

橡胶支承浮置板轨道在长期运营后，浮置板橡胶支座可能会产生老化现象。其发生的原因主要有两方面，一方面其在浮置板下受到环境中的水、空气和其他化学物质影响导致发生内部化学性质变化，另一方面其在列车循环荷载作用下疲劳老化。浮置板橡胶支座作为车轨系统关键构件，一旦发生严重老化而性能产生较大改变，会使轨道结构的完整性和均匀性受到破坏，影响行车安全，甚至可能进一步引发结构的整体破坏。

目前的技术主要着眼于改进橡胶隔振器本身结构并集成监测结构，例如公开号CN109632154A及CN210797247U两项专利均为内置监测结构的隔振器，但并非浮置板轨道隔振器。对浮置板橡胶支座老化的监测方法较少，传统的橡胶支座检测方法是通过费时费力的人工检修完成的。一项发明专利(公开号CN201811305129.8)提出了一种触发式报警装置，仅在橡胶弹簧断簧失效时发出警报。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种浮置板橡胶支座老化引起刚度增长的监测方法。

浮置板橡胶支座老化引起刚度增长的监测方法，包括如下步骤：首先,通过有限元建模和摩擦纳米发电机理论计算，得到多个位置使用多个不同初始间隙的摩擦纳米发电机的输出信号与浮置板橡胶支座刚度的规律；其次,选择规律有明显单调性的位置，在实际运营轨道的浮置板下方安装摩擦纳米发电机，其初始间隙同样应使得其输出信号与橡胶支座刚度有明显单调性规律；最后，使用巡检车在非运营时段巡检，记录每个摩擦纳米发电机输出信号，与所述多个位置使用多个不同初始间隙的摩擦纳米发电机的输出信号与浮置板橡胶支座刚度的规律对比，推算浮置板橡胶支座刚度。

作为优选，具体包括如下步骤：

步骤1、不同橡胶支座刚度下的浮置板位移响应计算：

建立列车-钢轨-浮置板-衬砌耦合计算有限元模型，其中车体采用10自由度多刚体列车模型，即车体和转向架考虑竖向与点头位移，轮对只考虑竖向位移，转向架和轮对、车厢和转向架之间分别用一系和二系悬挂连接；钢轨采用柔性实体模型，钢轨下方扣件等距离离散分布，采用弹簧-阻尼单元模拟；浮置板采用柔性实体模型，橡胶支座采用离散分布的弹簧阻尼单元，与刚性接地的衬砌直接相连；钢轨状态理想，不考虑轨道不平顺；

通过列车-钢轨-浮置板-衬砌耦合计算有限元模型进行计算，获得不同橡胶支座刚度下的浮置板位移时程曲线z(t)，包括浮置板多个监测位置；

步骤2、摩擦纳米发电机输出信号计算：

摩擦纳米发电机的输出信号根据下式计算

其中d₀＝d₁/ε_r1+d₂/ε_r2为有效厚度常数，d₁(d₂)和ε_r1(ε_r2)分别为尼龙和PTFE的厚度和介电常数；ε₀为真空中的介电常数，σ为介电材料表面的电荷密度，R为外接电阻大小，S为摩擦对的面积，D(t)为摩擦对间隙，按下式计算