道砟横竖向加速度耦合检测装置及一体化检测系统的制作方法

道砟横竖向加速度耦合检测装置及一体化检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明为一种道砟横竖向加速度耦合检测装置及轨道?桥梁?基础一体化检测系统。道砟横竖向加速度耦合检测装置，包括用于铺设在钢轨与道砟之间作为固定基板的水平钢板，水平钢板沿水平向卡固于钢轨底部，水平钢板底部固接有处于道砟内并用于模拟道砟竖向加速度的竖向加速度耦合检测机构以及固接于竖向加速度耦合检测机构底部并用于模拟道砟横向加速度的横向加速度耦合检测机构。具有装拆方便、测量结果精度高、轻质、结构与功能一体化等优点，可作为高精度传感装置应用于轨道?桥梁?基础一体化检测系统中；人工模拟有机道砟制作简便，相同地质条件下可循环利用，使结果更加符合道砟的真实受力，技术上可靠、经济上合理、施工便利的检测方法。
【专利说明】
道砟横竖向加速度耦合检测装置及一体化检测系统
技术领域
[0001]本发明涉及铁路轨道检测技术领域，具体涉及一种道砟横竖向加速度耦合检测装置。此外，本发明还涉及一种使用道砟横竖向加速度耦合检测装置的轨道-桥梁-基础一体化检测系统。
【背景技术】
[0002]桥梁作为线路的咽喉和交通枢纽，是加快我国经济发展和现代化建设步伐的重要组成部分。随着时间的推移，桥梁本身、支撑桥梁的基础结构以及铺设于桥梁上的轨道结构在自然环境、增大的交通量和交通荷载作用下，必然会出现不同程度的结构损伤和缺陷。
[0003]特别针对我国目前既有的有砟轨道、桥梁及相应的基础结构，由于设计时按照早期设计标准进行，加之服役期间各种物理、化学作用，轨道-桥梁-基础出现碳化、锈蚀、裂缝等缺陷，同时伴随铁路通行量的增大、轴重增加，对轨道-桥梁-基础的运营状况、损伤程度、承载能力及剩余寿命等问题进行正确的判断与评估，并在此基础上采取相应加固、维修对策，努力挖掘现有轨道-桥梁-基础的承载潜力显得较为重要。
[0004]近几年来，我国有砟轨道铁路桥梁行车密度高、车辆轴重不断地增大。为全面、实时掌握运营阶段轨道-桥梁-基础服役状态的变化，对轨道-桥梁-基础建立一套一体化检测系统，系统、全面的监控轨道-桥梁-基础各种动态参数指标，及时掌握轨道-桥梁-基础的技术状况和承载能力，并做出准确的判断和评估，进而确保列车安全正常营运。
[0005]若采用常规检测装置及数据采集系统，存在的问题如下:
[0006](I)数据测量值不准确:列车通过时引起的道砟振动方向是复杂多变的，轨道-桥梁-基础检测需测试道砟横向和竖向加速度。常规检测装置直接将加速度量测装置放置于道砟中，得到数据并非为道砟沿横向和竖向方向振动的真实加速度，造成检测结果的失真，影响评估结果的准确性。一旦测试结果较小而实际值超限时会对行车安全性带来严重威胁。
[0007](2)检测任务危险性较大:动态数据的测量过程需要人工控制测试的开始及结束，这要求测量过程中需要技术人员需在测试仪器放置点(一般多为桥梁墩顶)进行长时间操作。特别当桥梁桥墩较高时，过大的墩顶振幅给技术人员带来不舒适感，增大检测难度，增加人工成本，影响检测安全。
[0008](3)数据传输线布置繁琐:轨道-桥梁-基础检测通常需对多个部位进行同时监测，繁多的数据传输线的布置会极大增加检测工作量，同时长时间的桥面作业对检测人员的人身安全和列车的行车安全带来极大威胁，铁路跨线操作工作严重影响了检测人员安全。

【发明内容】

[0009]本发明目的在于克服常规检测方法的数据测量值不准确、检测任务危险性较大、数据传输线布置繁琐等问题，提供一种准确的道砟加速度检测方法，实现电子感应控制检测的开始与结束以及轨道-桥梁-基础不同部位无线传输的一体化的检测系统。
[0010]为实现上述技术目的，本发明专利的技术方案是:一种道昨横竖向加速度親合检测装置，包括用于铺设在钢轨与道砟之间作为固定基板的水平钢板，水平钢板沿水平向卡固于钢轨底部，水平钢板底部固接有处于道砟内并用于模拟道砟竖向加速度的竖向加速度親合检测机构以及固接于竖向加速度親合检测机构底部并用于模拟道昨横向加速度的横向加速度耦合检测机构。检测过程中无需技术人员上下桥梁，方便完成较长时间段内对轨道-桥梁-基础检测数据的采集。道砟横竖向加速度耦合检测装置可以大幅提高检测结果的准确性，提升检测工作安全性，体现现代化检测优势，减少人工成本，无碍交通，快速方便，是一种集技术性、经济性、操作性三方面优势的现代化检测方法。可选地，道砟横竖向加速度耦合检测装置各个部件间通过螺栓连接，便于安转、拆卸及携带。可选地，道砟横竖向加速度耦合检测装置的主要构件为横竖向耦合限位轨道。横竖向限位轨道由两个平行的空腔角钢组成，水平安装轨道通过轻质滑块与横竖向限位轨道形成整体，实现特定方向的限位要求。道砟横竖向加速度耦合检测装置，可保证加速度计仅能在特定的方向发生位移，解决了列车引起的道砟振动方向复杂而难以检测的问题。横竖向限位轨道端部预留螺栓孔，安装方便，满足装置刚度要求，保证测试结果的准确性。
[0011]进一步地，竖向加速度耦合检测机构包括沿竖向固接于水平钢板上的竖向限位轨道、滑动连接于竖向限位轨道上并沿水平向布置的水平安装轨道以及带有加速度计并用于模拟道砟加速度的人工模拟有机道砟;人工模拟有机道砟装于水平安装轨道上。道砟竖向加速度耦合检测装置，可保证加速度计仅能在特定的方向发生位移，解决了列车引起的道砟振动方向复杂而难以检测的问题。竖向限位轨道端部预留螺栓孔，安装方便，满足装置刚度要求，保证测试结果的准确性。
[0012]进一步地，竖向限位轨道设有平行布设的两根，水平安装轨道两端分别滑动连接于两根竖向限位轨道上;两根竖向限位轨道之间通过内侧斜撑加劲固接。
[0013]进一步地，横向加速度耦合检测机构包括沿水平向固接于竖向限位轨道上的水平限位轨道、滑动连接于水平限位轨道上并沿水平向布置的水平安装轨道以及带有加速度计并用于模拟道砟加速度的人工模拟有机道砟;人工模拟有机道砟装于水平安装轨道上。道砟横向加速度耦合检测装置，可保证加速度计仅能在特定的方向发生位移，解决了列车引起的道砟振动方向复杂而难以检测的问题。横向限位轨道端部预留螺栓孔，安装方便，满足装置刚度要求，保证测试结果的准确性。
[0014]进一步地，水平限位轨道设有平行布设的两根，水平安装轨道两端分别滑动连接于两根水平限位轨道上;两根水平限位轨道之间通过内侧斜撑加劲固接。
[0015]进一步地，竖向限位轨道和/或水平限位轨道由钢板和L型角钢焊接构成，钢板和/或L型角钢端部预留有用于拆装的预留螺栓孔。
[0016]进一步地，竖向限位轨道与水平限位轨道通过轻质滑块连接形成具有抗侧刚度的整体构件。
[0017]进一步地，人工模拟有机道砟采用3D扫描技术制作而成且内置中空，加速度计放置于人工模拟有机道的内置中空，以保护加速度计。
[0018]进一步地，人工模拟有机道砟通过高性能粘合剂固定于水平安装轨道上。
[0019]进一步地，水平安装轨道两端分别通过连接螺杆固接有用于滑动连接的轻质滑块。
[0020]进一步地，轻质滑块由塑料滑块外包四氟板制成，四氟板外涂抹有用于减少滑动摩擦的硅脂润滑油。
[0021]进一步地，水平钢板上设有用于卡固钢轨的倒U型金属槽，水平钢板通过倒U型金属槽固接于钢轨底部。
[0022]本发明专利的另一技术方案是:一种轨道-桥梁-基础一体化检测系统，其包括道砟横竖向加速度耦合检测装置。
[0023]进一步地，包括传感装置、数据采集装置、数据处理与分析装置以及数据管理装置，传感装置与数据采集装置就近放置以排除信号干扰，数据采集装置、数据处理与分析装置以及数据管理装置之间通过无线传输实现数据快速交互。
[0024]进一步地，传感装置由轨道数据采集设备、桥梁数据采集设备和基础数据采集设备组成，以实现全方位监测。
[0025]进一步地，道砟横竖向加速度耦合检测装置装配于轨道数据采集设备内。
[0026]进一步地，供电装置由线路中输电塔支撑的电力传输设备提供，输电塔支撑于梁体边缘。
[0027]进一步地，道砟横竖向加速度耦合检测装置的水平安装轨道与横竖向限位轨道间的连接方式为轻质滑块连接。轻质滑块由塑料滑块外包四氟板制成，其边长较空腔角钢内径小5-10mm，安装后通过硅脂润滑油减小摩擦，保证水平安装轨道在特定方向滑动的同时不至于产生过大的摩擦力，保证人工模拟有机道砟运动状态的真实性，使结果更加准确。
[0028]进一步地，道砟横竖向加速度耦合检测装置的人工模拟有机道砟采用较为先进的道砟模拟技术，通过3D扫描、三维成像技术结合散体分析软件模拟与服役桥梁形态接近的道砟，通过现有的有机纤维材料生成人工模拟道砟散体颗粒，应用在现场检测中。这种人工模拟有机道砟可以较好的模拟实际服役状态下道砟的运动状态与受力情况，同时对加速度计起到外部保护作用，提高检测结果的准确度。
[0029]进一步地，道砟横竖向加速度耦合检测装置横竖向限位轨道内侧设置斜支撑，形成内侧斜支撑加劲角钢。通过斜向支撑有效提高了角钢轨道的抗侧向刚度，改善钢结构的缺陷，同时不会明显增加结构重量，限制水平安装轨道的行程，使得检测装置能够抵抗上部列车的蛇形运动、摇头或温度变化等对下部结构产生的横向力。
[0030]进一步地，轨道-桥梁-基础一体化检测系统主要包括传感系统、数据采集系统、数据处理与分析系统、数据管理系统。以本发明道砟横竖向加速度耦合检测装置为例，此种新型的加速度检测装置即为轨道-桥梁-基础一体化检测系统的传感系统的组成部分。它首先将实测道砟的横向、纵向电压信号通过有线传输给数据采集系统，通过信号调理、A/D转换设备以及计算机等将传感器输出的各种信号进行调理、采集、传输和存储，然后基于无线传输系统将转换的数字信号传送至数据处理与分析系统中心，最终数据管理系统可以利用Internet共享数据信息，发现桥梁问题并作出决策。
[0031]进一步地，轨道-桥梁-基础一体化检测系统的数据采集系统现场选用无线采集模块，直接将采集模块安装在传感器(测点)附近，避免了应变信号远距离传输因为导线电阻(应变测量)、电磁干扰等问题的影响，保障了信号的真实性、可靠性。数据通过中国移动无线远距离传输至远程监控室数据中心，传输完成后将数据删除以节省磁盘空间，如遇网络堵塞，可将数据保存至数据采集控制器磁盘中，待网络通畅后续传。
[0032]进一步地，轨道-桥梁-基础一体化检测系统的传感系统和数据采集系统分布于桥梁的不同部位，由于其检测结果的可靠性及信号传输的稳定性直接影响后续轨道-桥梁-基础评估安全性，故设备必须配备防水防尘机箱。针对信号衰减可能引发的测试系统数据丢失等问题，要求必须在每跨都配备一个数据采集控制器，以保证数据采集系统的可靠性。
[0033]进一步地，轨道-桥梁-基础一体化检测系统中的无线传输系统必须具备像数据传输机制的设计、消息通信的设置和安全连接网络的构建等各种分布的跨平台信息集成系统的要素。数据采集子站由多个数据采集模块组成，模块采用成熟可靠的WIFI无线模块将采集到的数据发送至采集控制器，确保了信号传输的稳定性、持续性和抗干扰性。
[0034]进一步地，轨道-桥梁-基础一体化检测系统中的数据处理与分析系统与数据管理系统之间的传输符合TCP/IP协议，TCP/IP协议是Internet最基本的协议，以它为基础组建的Internet是目前国际上规模最大的计算机网络，Internet的广泛应用使得TCP/IP成了实事上的标准。基于TCP/IP协议，保证了轨道-桥梁-基础一体化检测系统的可行性。
[0035]进一步地，道砟横竖向加速度耦合检测装置横竖向轨道、水平安装轨道制作钢板宜采用厚度为5-10mm的Q235钢、Q345钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。
[0036]进一步地，道砟横竖向加速度耦合检测装置内侧斜支撑与角钢间、横竖向轨道普通钢板与角钢的焊接宜采用自动焊接或半自动焊接，采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应，并应符合现行国家标准的规定；同时选用符合国家现行标准电弧螺栓焊用《圆柱头焊钉》GB/T 10433规定的圆柱头焊钉。
[0037]本发明还在于道砟横竖向加速度耦合检测装置为多段拼接角钢。整个检测装置的轨道分为上中下三部分，每个部分采用普通钢板与角钢焊接而成，使得轨道部分形成一侧开口的空腔结构形式，内部空腔为水平安装轨道提供滑动行程。该种材料规格统一，在加工制作时方便快捷，满足现代化生产要求。
[0038]本发明还在于道砟横竖向加速度耦合检测装置角钢间通过螺栓连接。装置上中下三个部分为相互独立的，在使用中现场通过螺栓连接成为整体，满足检测装置的刚度要求。同时这种分离的构件便于运输、携带，螺栓可以根据型号购买，连接简单方便，可重复使用，是一种模块化在轨道-桥梁-基础检测中的应用。
[0039]本发明还在于道砟横竖向加速度耦合检测装置有竖向限位轨道。竖向限位轨道由两个平行的空腔角钢组成，通过轨道的限位，可保证加速度计仅能在道砟竖向发生位移。传统的检测方法直接放置加速度计进行测量，但实际情况下，道砟在列车通过时的振动是复杂的，铁路道砟振动剧烈，振动形态复杂、规律性差，轨枕以下区域的道砟甚至会发生破碎。直接在道砟竖向放置传感器，振动过后已经偏离原方向，测量结果杂乱无章，无法得到实际需要的物理量，甚至在一段时间作用后，传感器会被棱角尖锐的道砟损坏。因而测得的加速度结果并非为真实的竖向加速度值，一旦当测量值远小于真实值时，对于检测及评估工作而言就存在了严重的失真，严重时可能带来严重的社会、经济损失。本发明通过竖向的限位轨道，突破传统方法的限制，可以得到道砟在竖直方向的加速度数值。与此同时，本专利可以方便得到道砟沿深度方向的分布规律，为道砟在不同深度的动力性能分析提供了数据基础。
[0040]本发明还在于道砟横竖向加速度耦合检测装置有水平限位轨道。水平限位轨道由两个水平的平行空腔角钢组成，通过轨道的限位，可保证加速度计仅能在桥梁横向发生位移。同样地，本发明可以准确测得道砟在水平方向的加速度数值，得到道砟沿纵向的分布规律，为深层次轨道结构的性能分析提供了数据基础。
[0041]本发明还在于道砟横竖向加速度耦合检测装置的横、竖向限位轨道间设置内侧设置斜支撑，形成内侧斜支撑加劲角钢。无论是竖向限位装置还是水平限位装置，均由两个平行的空腔角钢组成。本发明中一侧的轨道与另一侧轨道间通过设置连接件实现该方向的刚度要求。连接件材料为预制钢材，通过螺栓与两侧轨道连接使之成为整体。该连接方式使各个连接部分便于装拆与携带，提高检测效率。
[0042]本发明还在于采用人工模拟有机道砟。传统的检测手段直接将加速度计放置于道砟中，测量结果不准确。本发明采用目前较为先进的道砟模拟技术，通过3D扫描、三维成像技术结合散体分析软件模拟与服役桥梁形态接近的道砟块，通过现有的有机纤维材料生成人工模拟道砟散体颗粒，应用在现场检测中，可以使传感器以最真实的状态跟随道砟振动。本发明方法可以更加真实的模拟道砟颗粒间的相互作用，还原在列车荷载下道砟的真实运动轨迹，改善传统测量方式的粗放性，最大程度减小因检测设备的不准确带来的测量误差，提高测量结果的准确度。
[0043]本发明还在于加速度计的放置方式。加速度计放置于上述人工模拟有机道砟内，通过设置的孔洞将数据传输线引出。人工模拟道砟则粘贴于预制的水平安装轨道上，接入竖向、横向连接轨道进行现场测量。发明中加速度计的放置方式可以有效保护加速度计不受损坏，同时保证了加速度计跟同人工模拟道砟沿特定的方向运动，是一种技术上可靠、施工便利的有效检测方法。
[0044]本发明还在于横竖向限位轨道与水平安装轨道间的连接方式。两者通过轻质滑块连接。轻质滑块由塑料滑块外包四氟板制成，其边长较空腔角钢内径小5-1 Omm，安装后通过硅脂润滑油减小摩擦，保证水平安装轨道在特定方向滑动的同时不至于产生过大的摩擦力。能较为真实的模拟实际桥梁中道砟的运动情况，是一种较为合理的设置方式。
[0045]本发明还在于道砟横竖向加速度耦合检测装置安装在钢轨下方。桥梁钢轨的铺装均严格按照国家规定施工标准进行，其安全性能良好。本发明将加速度检测装置上部分通过一个倒U形金属槽固定在钢轨下方，可很好的保证连接可靠性，同时方便简洁，便于现场的快速安装，解决了铁路运营期间天窗期短的问题。
[0046]本发明还在于道砟横竖向加速度耦合检测装置装卸便捷高效。道砟横竖向加速度耦合检测装置由三部分通过螺栓连接组成，横竖向限位轨道两轨道间连接件也采用螺栓连接，在携带中可将各部分独立分解，不会占用太大空间，在现场使用中直接采用螺栓连接，安装卸载操作方便省时，提高检测工作效率。
[0047]本发明还在于轨道-桥梁-基础检测装置系统间采用无线传输方式实现数据交互。轨道-桥梁-基础检测系统涉及轨道、桥梁、基础等各个部分，传统的数据采集方式将会极大的增加人工成本和经济成本，同时繁多的数据传输线也会给现场检测带来极大不便。无线传输方式可以改善这一现状，轨道-桥梁-基础各个部分的数据检测结果可以通过无线传输系统将数据统一传输至桥面指定的数据储存装置，实现轨道、桥梁、基础各部分的数据汇总，检测人员只需将该数据储存装置内数据进行整理和处理即可得到所需参数。该方法减少了人工成本，降低操作危险系数，是一种现代化信息技术发展的必然趋势。
[0048]本发明还在于桥梁轨道检测系统无需准备发电装置，直接利用铁路供电系统。在铁路电力线路中，桥面两旁一定距离间隔会设置电力设备，在现场检测中可以直接利用该电力设备，减少发电机的配置。此外，线路中的供电系统可以长时间为无线传输系统的数据储存装置供电，实现较长时间的轨道-桥梁-基础监测，为轨道-桥梁-基础检测提供数据资料。
[0049]本发明还在于减少人工操作或实现无人操作。轨道-桥梁-基础一体化检测系统即通过改进检测方法和桥梁各部分数据传输机制实现更加准确、更加高效的桥梁检测任务。通过无线传输系统可以将人工作业量主要集中在准备阶段，在实际检测阶段(有列车通行)减少人工操作或实现无人操作。该方法在改善检测人员工作环境、提高检测工作安全性和检测精度上有具有明显优势。
[0050]综上所述，本发明可以广泛的应用于有砟轨道-桥梁-基础检测中，完成轨道-桥梁-基础一体化检测任务。该方法可以大幅提高检测结果的准确性的同时，提升检测工作安全性，实现检测不中断交通，快速方便，减少人工成本，是一种技术上可靠、经济上合理、施工便利的有效检测方法。
[0051 ]本发明具有下列优点和积极效果:
[0052]本发明装置优势在于:提供了加速度检测装置的竖向和水平向的道砟模拟轨道；竖向、横向加速度耦合检测机构的连接方式简洁;采用人工模拟有机道砟，真实模拟桥梁上的道砟形态并对加速度计起到保护作用；人工道砟可真实模拟实际道砟受力;检测装置的安装、拆卸方式方便;实现轨道-桥梁-基础一体化检测。具有装拆方便、测量结果精度高、轻质、结构与功能一体化等优点，可作为高精度传感装置应用于轨道-桥梁-基础一体化检测系统中；人工模拟有机道砟制作简便，相同地质条件下可循环利用，使结果更加符合道砟的真实受力，技术上可靠、经济上合理、施工便利的检测方法。
[0053]下面结合附图对本发明作进一步说明。
【附图说明】
[0054]图1是道砟横竖向加速度耦合检测装置图
[0055]图2是道砟横竖向加速度耦合检测装置侧立面详图
[0056]图3是竖向限位轨道内侧斜撑加劲构造详图
[0057]图4是水平钢板与竖向限位轨道螺栓连接示意图
[0058]图5是竖向限位轨道与水平安装轨道连接三维示意图(轻质滑块)
[0059]图6是竖向限位轨道与水平安装轨道连接俯视图
[0060]图7是水平安装轨道构造详图
[0061 ]图8是竖向(水平)限位轨道横断面图
[0062]图9是轨道-桥梁-基础一体化检测电力供应系统图
[0063]图10是轨道-桥梁-基础一体化检测原理图
[0064]图11是轨道-桥梁-基础一体化检测系统流程图
[0065]其中:
[0066]1、钢轨;2、水平钢板;3、倒U型金属槽;4、螺栓;5、竖向限位轨道;6、水平限位轨道；
7、轻质滑块;8、连接螺杆;9、水平安装轨道；1、人工模拟有机道砟；11、内侧斜撑加劲；12、道砟；13、梁体；14、输电塔；15、挡板；16、轨道数据采集设备；17、桥梁数据采集设备；18、基础数据采集设备；19、桥墩;20、电力传输设备；21、列车；22、传感装置;23、数据采集装置；24、数据处理与分析装置;25、数据管理装置;26、四氟板。
【具体实施方式】
[0067]下面对本发明技术内容进一步说明，但并非对本发明实质内容的限制。
[0068]图1是道砟横竖向加速度耦合检测装置图；图2是道砟横竖向加速度耦合检测装置侧立面详图；图3是竖向限位轨道内侧斜撑加劲构造详图；图4是水平钢板与竖向限位轨道螺栓连接示意图；图5是竖向限位轨道与水平安装轨道连接三维示意图(轻质滑块)；图6是竖向限位轨道与限位板连接俯视图；图7是水平安装轨道构造详图；图8是竖向(水平)限位轨道横断面图；图9是轨道-桥梁-基础一体化检测电力供应系统图；图10是轨道-桥梁-基础一体化检测原理图；图11是轨道-桥梁-基础一体化检测系统流程图
[0069]本实施例的道砟横竖向加速度耦合检测装置，包括用于铺设在钢轨I与道砟12之间作为固定基板的水平钢板2，水平钢板2沿水平向卡固于钢轨I底部，水平钢板2底部固接有处于道砟12内并用于模拟道砟12竖向加速度的竖向加速度耦合检测机构以及固接于竖向加速度親合检测机构底部并用于模拟道昨12横向加速度的横向加速度親合检测机构。提供了加速度检测装置的竖向和水平向的道砟模拟轨道;竖向、横向加速度耦合检测机构的连接方式简洁;采用人工模拟有机道砟，真实模拟桥梁上的道砟形态并对加速度计起到保护作用;人工道砟可真实模拟实际道砟受力;检测装置的安装、拆卸方式方便;实现轨道-桥梁-基础一体化检测。具有装拆方便、测量结果精度高、轻质、结构与功能一体化等优点，可作为高精度传感装置应用于轨道-桥梁-基础一体化检测系统中；人工模拟有机道砟制作简便，相同地质条件下可循环利用，使结果更加符合道砟的真实受力，技术上可靠、经济上合理、施工便利的检测方法。
[0070]本实施例中，竖向加速度耦合检测机构包括沿竖向固接于水平钢板2上的竖向限位轨道5、滑动连接于竖向限位轨道5上并沿水平向布置的水平安装轨道9以及带有加速度计并用于模拟道砟12加速度的人工模拟有机道砟10。人工模拟有机道砟10装于水平安装轨道9上。
[0071]本实施例中，竖向限位轨道5设有平行布设的两根。水平安装轨道9两端分别滑动连接于两根竖向限位轨道5上。两根竖向限位轨道5之间通过内侧斜撑加劲11固接。
[0072]本实施例中，横向加速度耦合检测机构包括沿水平向固接于竖向限位轨道5上的水平限位轨道6、滑动连接于水平限位轨道6上并沿水平向布置的水平安装轨道9以及带有加速度计并用于模拟道砟12加速度的人工模拟有机道砟10。人工模拟有机道砟10装于水平安装轨道9上。
[0073]本实施例中，水平限位轨道6设有平行布设的两根。水平安装轨道9两端分别滑动连接于两根水平限位轨道6上。两根水平限位轨道6之间通过内侧斜撑加劲11固接。
[0074]本实施例中，竖向限位轨道5和/或水平限位轨道6由钢板和L型角钢焊接构成。钢板和/或L型角钢端部预留有用于拆装的预留螺栓孔。
[0075]本实施例中，竖向限位轨道5与水平限位轨道6通过轻质滑块7连接形成具有抗侧刚度的整体构件。
[0076]本实施例中，人工模拟有机道砟10采用3D扫描技术制作而成且内置中空。加速度计放置于人工模拟有机道的内置中空，以保护加速度计。
[0077]本实施例中，人工模拟有机道砟10通过高性能粘合剂固定于水平安装轨道9上。
[0078]本实施例中，水平安装轨道9两端分别通过连接螺杆8固接有用于滑动连接的轻质滑块7。
[0079]本实施例中，轻质滑块7由塑料滑块外包四氟板26制成。四氟板26外涂抹有用于减少滑动摩擦的硅脂润滑油。
[0080]本实施例中，水平钢板2上设有用于卡固钢轨I的倒U型金属槽3。水平钢板2通过倒U型金属槽3固接于钢轨I底部。
[0081]本实施例的轨道-桥梁-基础一体化检测系统，包括上述道砟横竖向加速度耦合检测装置。
[0082]本实施例中，包括传感装置22、数据采集装置23、数据处理与分析装置24以及数据管理装置25。传感装置22与数据采集装置23就近放置以排除信号干扰，数据采集装置23、数据处理与分析装置24以及数据管理装置25之间通过无线传输实现数据快速交互。
[0083]本实施例中，传感装置22由轨道数据采集设备16、桥梁数据采集设备17和基础数据采集设备18组成，以实现全方位监测。
[0084]本实施例中，道砟横竖向加速度耦合检测装置装配于轨道数据采集设备16内。
[0085]本实施例中，供电装置由线路中输电塔14支撑的电力传输设备20提供。输电塔14支撑于梁体13边缘。
[0086]如图1所示，本实施例的道砟横竖向加速度耦合检测装置，通过倒U型金属槽3安装在钢轨I下方。竖向限位轨道5通过螺栓4与水平的倒U型金属槽3相连。内侧斜撑加劲11通过焊接方式将左右竖向限位轨道5连成整体，保证道砟横竖向加速度耦合检测装置的刚度。水平限位轨道6同样通过螺栓4与竖向限位轨道5相连。内侧斜撑加劲11通过焊接方式将左右水平限位轨道6连成整体。水平安装轨道9通过两侧的轻质滑块7分别于竖向限位轨道5、水平限位轨道6相连。人工模拟有机道砟10通过高性能粘合剂固定于水平安装轨道9上。加速度计放置人工模拟有机道砟1内部。该道砟横竖向加速度耦合检测装置可以实现在特定方向的道砟加速度的检测，能真实模拟道砟的受力状态，提高检测结果的可靠性。
[0087]如图2所示，为道砟横竖向加速度耦合检测装置侧立面图，由倒U型金属槽3、竖向限位轨道5及水平限位轨道6组成了 Z型检测装置，便于现场测试的安装。
[0088]如图3所示，为竖向限位轨道5内侧斜撑加劲11的构造详图。本实施例中，竖向限位轨道5与内侧斜撑加劲11间通过焊接连接。焊接宜采用自动焊接或半自动焊接。采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应，并应符合现行国家标准的规定。选用符合国家现行标准电弧螺栓焊用《圆柱头焊钉》GB/T 10433规定的圆柱头焊钉。
[0089]如图4所示，为水平钢板2与竖向限位轨道5通过螺栓4连接示意图。本实施例中，水平钢板2与竖向限位轨道5均设置螺栓预留孔，分为两排两列设置，螺栓采用M8?M10，螺栓间间距为3?5cm。在现在检测中直接通过螺栓将两个构件组合，提高安装效率，同时在运输过程中便于携带。
[0090]如图5和图7所示，竖向限位轨道5与水平安装轨道6通过轻质滑块7连接。轻质滑块7由塑料滑块外包四氟板26制成，其边长较空腔角钢内径小5-10mm。轻质滑块7与水平安装轨道6间通过连接螺杆固结，防止水平安装轨道6转动。安装后通过硅脂润滑油减小摩擦，保证水平安装轨道在特定方向滑动的同时不至于产生过大的摩擦力，实现人工模拟有机道砟运动状态的真实性，使结果更加准确。
[0091]如图6所示，为图5的俯视图。在角钢和钢板组成的竖向限位轨道5的缺口一侧从上到下插入轻质滑块，完成水平安装轨道9的嵌入。当列车21荷载作用在铁轨上时，水平安装轨道9连同人工模拟有机道砟10发生相应的位移。
[0092]如图8所示，为竖向5(横向6)限位轨道的横断面图。构件由普通钢板和两片L型角钢通过焊接组成。焊接宜采用自动焊接或半自动焊接。采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应，并应符合现行国家标准的规定。形成的空腔尺寸为6-8cm，且应保证竖向限位轨道5空腔角钢内径比轻质滑块7直径大5-10mm，保证水平安装轨道9在特定方向滑动的同时不至于产生过大的摩擦力。
[0093]如图9所示，本实施例中，供电系统可以采用铁路线路中由输电塔14支撑的电力传输设备20，便于现场检测，且保证供电稳定性。挡板15设置于线路边缘，放置道砟掉落。
[0094]如图1O所示，本实施例中，轨道数据采集设备16主要包括:速度计、位移计、加速度计等，安装于测试部位。桥梁数据采集设备17主要包括:应变片、加速度计、拾振器等，设备放置于桥墩19墩顶上。基础数据采集设备18主要包括:加速度计，土压力盒等，设备可放置于基础顶面。当列车21通过时，各部位传感系统采集数据，通过数据收集系统无线传送至数据管理系统，实现轨道-桥梁-基础一体化检测。
[0095]如图11所示，本实施例中，按照轨道-桥梁-基础一体化检测系统流程图的原理进行数据的交互传输。包括传感系统、数据采集系统、数据处理与分析系统、数据管理系统。为保证数据的可靠性，排除干扰因素，数据采集系统设置于传感系统附近，同时特殊部位的传感器应做好相应的防水措施。
[0096]图1为道砟横竖向加速度耦合检测装置图。如图1所示，当列车21通过线路时，水平安装轨道9可以在竖向限位轨道5和水平限位轨道6发生位移，从而实现在特定方向的道砟加速度的检测，能真实模拟道砟的受力状态，提高检测结果的可靠性。
[0097]图2为道砟横竖向加速度耦合检测装置侧立面详图。如图2所示，倒U型金属槽3、竖向限位轨道5及水平限位轨道6组成的Z型检测装置，方便拆装。
[0098]图3为竖向限位轨道内侧斜撑加劲构造详图。如图3所示，当列车21通过线路时，内侦U斜撑加劲11保证加速度检测装置的刚度，使构件能够抵抗因上部列车21的蛇形运动、摇头或温度变化等对下部结构产生的横向力。
[0099]图4为水平钢板与竖向限位轨道螺栓连接示意图。如图4所示，在水平钢板2侧面和竖向限位轨道5背面预留螺栓孔，现场测试时可以直接通过螺栓形成整体。
[0100]图5为竖向限位轨道与水平安装轨道连接三维示意图(轻质滑块)。如图5所示，当列车21通过线路时，因竖向限位轨道5与轻质滑块7之间存在5-10_间隙，故水平安装轨道9随受力状态的变化产生位移。
[0101]图6为竖向限位轨道与水平安装轨道连接俯视图。如图6所示，竖向限位轨道5与水平限位轨道6之间预留螺栓孔，现场测试时直接通过螺栓实现拆装操作，有效提高工作效率。
[0102]图7为水平安装轨道构造详图。如图7所示，竖向限位轨道5与水平安装轨道6通过轻质滑块7连接。水平安装轨道6与轻质滑块7之间通过连接螺杆固结，防止水平安装轨道6的转动，保证水平安装轨道9在特定方向滑动的同时不至于产生过大的摩擦力。
[0103]图8为竖向(水平)限位轨道横断面图。如图8所示，构件由普通钢板和两片L型角钢通过焊接组成。当列车21通过线路时，上述空腔轨道为水平安装轨道9的运动提供了方向的限制。
[0104]图9为轨道-桥梁-基础一体化检测电力系统原理图。如图10所示，供电系统可以采用铁路线路中的电力传输设备20。电力传输设备20由输电塔14支撑，输电塔14支撑于梁体13边缘。
[0105]图10为轨道-桥梁-基础一体化检测原理图。如图9所示，当列车21通过线路时，轨道数据采集系统16、桥梁数据采集系统17、基础数据采集系统18通过传感器将电压或电流信号传送至数据收集系统，经过调制解调转化为数字信号通过无线传输系统送至数字处理与分析系统，在Internet上面实现桥梁数据的共享，完成轨道-桥梁-基础的一体化检测。
[0106]图11为轨道-桥梁-基础一体化检测系统流程图。如图11所示，轨道-桥梁-基础一体化检测系统主要包括传感系统、数据采集系统、数据处理与分析系统、数据管理系统四个部分。系统首先将实测桥体的横向、纵向电压信号通过有线传输给数据采集系统。通过信号调理、A/D转换设备以及计算机等将传感器输出的各种信号进行调理、采集、传输和存储，然后基于无线传输系统将转换的数字信号传送至数据处理与分析系统中心。最终数据管理系统可以利用Internet共享数据信息，发现桥梁问题并作出决策。
[0107]本发明的轨道-桥梁-基础一体化检测方法，制作及安装步骤如下:
[0108]道砟加速度检测装置制作包括以下步骤:
[0109](I)根据线路钢轨断面形状预制带有倒U形金属槽的水平金属板，使之能够在钢轨下方固定。
[0110](2)制作由钢板和L型角钢组成的中空轨道，竖向轨道与横向轨道独立制作，横截面相同。
[0111](3)制作限位板，限位板两侧伸出连接钢筋与轻质滑块相连，形成整体。
[0112](4)应用3D扫描、三维成像技术结合散体分析软件模拟与服役桥梁形态接近的道砟块，利用有机纤维材料制作空心人工模拟道砟块，将加速度计放入其中，通过预留孔洞引出数据线。
[0113]制作横竖向限位轨道操作要点如下:
[0114](I)制作轨道钢板宜采用厚度为5-10mm的Q235钢、Q345钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。
[0115](2)钢板与角钢间焊接宜采用自动焊接或半自动焊接，采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应，并应符合现行国家标准的规定。
[0116](3)选用符合国家现行标准电弧螺栓焊用《圆柱头焊钉》GB/T 10433规定的圆柱头焊钉。
[0117](4)在横竖向限位板端部设置节点板，其上打两行两列孔洞(与连接螺栓尺寸相匹配)。
[0118]制作水平安装轨道操作要点如下:
[0119](I)水平安装轨道与连接螺杆间采用焊接形式，采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应，并应符合现行国家标准的规定。
[0120](2)轻质滑块内部材料为轻质塑料，外包四氟板，减小与横竖向限位轨道间的摩擦力。
[0121](3)制作水平安装轨道两侧的轻质滑块时其直径要比限位轨道空腔尺寸小5mm，为水平安装轨道的运动提供空间，安装后通过硅脂润滑油减小摩擦力。
[0122]制作人工模拟有机道砟注意事项如下:
[0123](I)人工模拟道砟块采用的有机纤维材料需符合国家标准，并具有与实际道砟相近的刚度和强度。
[0124](2)人工模拟道砟块与水平安装轨道间涂结构胶固定，所述结构胶为满足《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008)粘贴钢板或型钢用胶粘剂安全性能指标的A级胶。
[0125](3)制作人工模拟道砟块时将加速度计放置于中间，在人工模拟道砟块侧面开孔(直径1mm)，将加速度计的数据线经由此孔引出。
[0126]安装道砟横竖向加速度耦合检测装置的固定构件，其操作要点:
[0127](I)铁路运营的天窗期间，将钢轨(准备安装加速度测试装置处)下方的道砟进行清理。
[0128](2)通过倒U形金属槽装置将水平钢板固定在钢轨下方。
[0129]安装竖向与水平限位轨道，其操作要点:
[0130](I)首先连接竖向限位轨道，将两个轨道通过螺栓与上方的水平钢板连接，通过螺栓的微调作用将其固定在竖直平面内。
[0131](2)将竖向限位板两侧轻质滑块由L型角钢组成的空腔接入竖向限位轨道，上下移动限位板，调整其位置。
[0132](3)连接水平限位轨道，将两个轨道通过螺栓与竖向限位轨道的节点板连接，通过螺栓的微调作用将其固定在水平面内。
[0133](4)将水平限位板两侧轻质滑块由L型角钢组成的空腔接入水平限位轨道，水平移动限位板，调整其位置。
[0134](5)安装端部钢板。
[0135]安装轨道-桥梁-基础一体化检测系统，其操作要点:
[0136](I)布置安装轨道测试系统，如本发明的道砟横竖向加速度耦合检测装置及常用的拾振器等，将数据采集设备放置于附近相应位置，进行防水处理。
[0137](2)布置安装桥梁测试系统，如位移计、拾振器等，将数据采集设备放置于附近相应位置，进行防水处理。
[0138](3)布置安装基础测试系统，如安装土压力盒，粘贴应变片等，将数据采集设备放置于附近相应位置，进行防水处理。
[0139](4)在轨道-桥梁-基础一体化检测系统的不同部位安装无线传输设备，将仪器所测得数据通过无线数据交换机制传输至桥面上数据储存装置，供检测人员分析与处理。
[0140]本发明提供了一种道砟横竖向加速度耦合检测装置及轨道-桥梁-基础一体化检测系统。该种检测方法可以大幅提高检测结果的准确性的同时，提升检测工作安全性，实现检测不中断交通，快速方便，减少人工成本，是一种技术上可靠、经济上合理、施工便利的有效检测方法。
[0141]本发明装置优势在于:①提供了加速度检测装置的竖向限位轨道;②提供了加速度检测装置的水平限位轨道;③竖向、横向限位装置间的连接方式简洁;④采用人工模拟有机道砟，真实模拟桥梁上的道砟形态并对加速度计起到保护作用;⑤横竖向限位轨道与水平安装板间采用轻质滑块连接，保证滑动同时不会产生过大摩擦;⑥制作道砟材料可真实模拟实际道砟受力；⑦检测装置的安装、拆卸方式方便;⑧实现轨道-桥梁-基础一体化检测。
[0142]对于我国目前的有砟轨道铁路桥梁，轨道-桥梁-基础结构在长期运营过程中出现碳化、锈蚀、裂缝等缺陷，影响轨道-桥梁-基础的动力性能，同时伴随铁路通行量的增大、轴重增加，铁路桥梁设计规范在不断更新换代，这必然要求对既有的轨道-桥梁-基础进行准确，高效的检测，及时掌握轨道-桥梁-基础的技术状况和承载能力，进而确保桥梁和轨道安全正常营运。故而进行轨道-桥梁-基础一体化检测意义重大:
[0143](I)评估轨道-桥梁-基础性能:通过测定轨道-桥梁-基础损伤状况和程度、评估结构真实承载能力，根据现行列车的荷载等级判定是否需要加固。
[0144](2)验证设计计算理论:通过对大量既有轨道-桥梁-基础的检测评估，可积累大量现场数据，进而验证设计计算理论的实践性及可靠性，从中发现问题，改进结构形式和结构设计理论。
[0145](3)预测轨道-桥梁-基础剩余寿命:通过检测数据中损伤程度进行计算，评定其剩余承载能力，应用损伤理论及动态可靠度理论，完成既有轨道-桥梁-基础剩余寿命的预测，为有关部门提供理论支撑。
[0146](4)建立完善的轨道-桥梁-基础评估数据库:通过检测、评估及加固等工作，收集和累计轨道-桥梁-基础使用资料。这是对轨道-桥梁-基础科学管理和维护、保证其良好工作状态的必要条件，方便以后更好的养护、管理，并为今后养护、加固与维修提供指导。
[0147]轨道-桥梁-基础检测中就检测内容而言主要包括对其外观检查(如基础与墩台沉降变位检查、裂缝长度宽度检查、桥面系结构状况检查等)和材料检测(主要结构构件强度、弹模测定、碳化情况测定等)；常规检测方法主要有静载试验、动载试验(安装拾振器、位移计、加速度计，粘贴应变片、连接测速线、埋置土压力盒等，通过传输线将数据传输至测试仪器，最后依靠人工完成检测)及无损检测(超声脉冲法、冲击回波法、红外成像法等)，本发明主要针对静态及动态检测方法进行改进，轨道-桥梁-基础一体化监测系统可以大幅提高检测结果的准确性的同时，提升检测工作安全性，实现检测不中断交通，快速方便，减少人工成本，是一种技术上可靠、经济上合理、施工便利的有效检测方法。
[0148]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书内容所做的等效结构变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种道砟横竖向加速度耦合检测装置，包括用于铺设在钢轨(I)与道砟(12)之间作为固定基板的水平钢板(2)，其特征在于，水平钢板(2)沿水平向卡固于钢轨(I)底部，水平钢板(2)底部固接有处于道砟(I2)内并用于模拟道砟(12)竖向加速度的竖向加速度耦合检测机构以及固接于竖向加速度親合检测机构底部并用于模拟道昨(12)横向加速度的横向加速度親合检测机构。2.根据权利要求1所述的道砟横竖向加速度耦合检测装置，其特征在于，竖向加速度耦合检测机构包括沿竖向固接于水平钢板(2)上的竖向限位轨道(5)、滑动连接于竖向限位轨道(5)上并沿水平向布置的水平安装轨道(9)以及带有加速度计并用于模拟道砟(12)加速度的人工模拟有机道砟(10);人工模拟有机道砟(10)装于水平安装轨道(9)上。3.根据权利要求2所述的道砟横竖向加速度耦合检测装置，其特征在于，竖向限位轨道(5)设有平行布设的两根，水平安装轨道(9)两端分别滑动连接于两根竖向限位轨道(5)上；两根竖向限位轨道(5)之间通过内侧斜撑加劲(11)固接。4.根据权利要求2所述的道砟横竖向加速度耦合检测装置，其特征在于，横向加速度耦合检测机构包括沿水平向固接于竖向限位轨道(5)上的水平限位轨道(6)、滑动连接于水平限位轨道(6)上并沿水平向布置的水平安装轨道(9)以及带有加速度计并用于模拟道砟(12)加速度的人工模拟有机道砟(I O);人工模拟有机道砟(I O)装于水平安装轨道(9)上。5.根据权利要求4所述的道砟横竖向加速度耦合检测装置，其特征在于，水平限位轨道(6)设有平行布设的两根，水平安装轨道(9)两端分别滑动连接于两根水平限位轨道(6)上；两根水平限位轨道(6)之间通过内侧斜撑加劲(11)固接。6.根据权利要求5所述的道砟横竖向加速度耦合检测装置，其特征在于，竖向限位轨道(5)和/或水平限位轨道(6)由钢板和L型角钢焊接构成，钢板和/或L型角钢端部预留有用于拆装的预留螺栓孔。7.根据权利要求5所述的道砟横竖向加速度耦合检测装置，其特征在于，竖向限位轨道(5)与水平限位轨道(6)通过轻质滑块(7)连接形成具有抗侧刚度的整体构件。8.根据权利要求2至7中任一项所述的道砟横竖向加速度耦合检测装置，其特征在于，人工模拟有机道砟(10)采用3D扫描技术制作而成且内置中空，加速度计放置于人工模拟有机道的内置中空，以保护加速度计;或者人工模拟有机道砟(10)通过高性能粘合剂固定于水平安装轨道(9)上;或者水平安装轨道(9)两端分别通过连接螺杆(8)固接有用于滑动连接的轻质滑块(7);或者轻质滑块(7)由塑料滑块外包四氟板(26)制成，四氟板(26)外涂抹有用于减少滑动摩擦的硅脂润滑油；或者水平钢板(2)上设有用于卡固钢轨(I)的倒U型金属槽(3)，水平钢板(2)通过倒U型金属槽(3)固接于钢轨(I)底部。9.一种轨道-桥梁-基础一体化检测系统，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的道砟横竖向加速度耦合检测装置。10.根据权利要求9所述的轨道-桥梁-基础一体化检测系统，其特征在于，包括传感装置(22)、数据采集装置(23)、数据处理与分析装置(24)以及数据管理装置(25)，传感装置(22)与数据采集装置(23)就近放置以排除信号干扰，数据采集装置(23)、数据处理与分析装置(24)以及数据管理装置(25)之间通过无线传输实现数据快速交互;或者传感装置(22)由轨道数据采集设备(16)、桥梁数据采集设备(17)和基础数据采集设备(18)组成，以实现全方位监测；或者道砟横竖向加速度耦合检测装置装配于轨道数据采集设备(16)内；或者供电装置由线路中输电塔(14)支撑的电力传输设备(20)提供，输电塔(14)支撑于梁体(13)边缘。
【文档编号】G01M99/00GK105841990SQ201610324072
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】吴玲玉, 余志武, 谈遂, 毛建锋, 金城, 李海燕
【申请人】中南大学, 高速铁路建造技术国家工程实验室