[发明专利]网格化的高速铁路支承层混凝土波速检测装置及估计方法

说明书

本发明公开了网格化的高速铁路支承层混凝土波速检测装置及估计方法，涉及高速铁路无砟轨道混凝土质量无损检测技术领域，首先提出了支承层弹性波波速检测装置，并以网格化的估计方法构建了弹性波波速估计模型，在基于细尺度条件下的损失函数和优化目标的神经网络模型，实现了高速铁路无砟轨内部波速的精细化无损检测。本发明解决了高速铁路无砟轨道支承层混凝土强度的细尺度检测问题，克服了传统钻芯取样对结构的破坏，细化了检测尺度，提高了混凝土波速估计的检测精度，具有操作简单、无损、检测精度高的特点，适合支承层混凝土波速的检测，适合支承层内部强度大面积检测需求，有利于提高我国高速铁路无砟轨道养护维修水平。

技术领域

本发明涉及高速铁路无砟轨道混凝土质量无损检测技术领域，特别涉及网格化的高速铁路支承层混凝土波速检测装置及估计方法。

背景技术

高速铁路无砟轨道作为高速铁路的载体，其质量好坏，内部存在病害与否，直接关系到高速铁路的运营安全。但由于列车、雨水环境等外部荷载长期作用，不可避免地造成混凝土强度降低。特别是对于现场现浇的支承层结构，受浇筑时温度等因素影响，混凝土强度达不到设计要求，再加上长期受雨水冲刷，造成混凝土砂浆流出，孔隙率增加，混凝土强度急剧下降，影响高速列车行车安全。

目前采用的估计方法为钻芯取样法、超声回弹法。钻芯取样法有如下缺点：(1)取样位置为支承层边缘，位于轨道板下部的中心位置混凝土强度无法获取；(2)钻芯取样破坏了结构的完整性，加剧结构的劣化速度；(3)钻芯取样具有随机性，不能满足支承层混凝土强度大面积检测需求。波速估计是一种混凝土强度计算的重要估计方法，超声回弹法是其中的代表。这种估计方法首先通过回归分析超声波波速与混凝土强度之间的关系，再用发射换能器和接收换能器之间的首波时间差计算波速，进而得到所经过路基的平均混凝土强度。目前该估计方法采用单发单收(SISO)模式，只适合于混凝土强度的粗尺度检测，不能对混凝土强度不同分布情况进行细化检测。

因此，构建一种无损的细尺度支承层混凝土波速估计方法，成为无砟轨道养修维护急需解决的问题。该发明具有操作简单、无损、检测精度高的特点，适合支承层内部强度的检测。

发明内容

本发明实施例提供了网格化的高速铁路支承层混凝土波速检测装置及估计方法，用以解决现有技术中存在的问题。

网格化的高速铁路支承层混凝土波速检测装置及估计方法，包括轨道板和支承层，所述支承层上方中间位置设有所述轨道板，所述支承层上表面为弹性波接收面，所述支承层沿轨道延伸方向的侧面为弹性波激发面；

在所述弹性波激发面上以固定间隔水平布置多个弹性波激发装置，在所述弹性波接收面上远离所述弹性波激发面一侧以固定间隔水平布置多个弹性波接收传感器，多个所述弹性波接收传感器和多个所述弹性波激发装置均一一对应且处于同一平面上；

所述弹性波激发装置电连接程序控制器，所述程序控制器电连接数据采集器和计算机，所述数据采集器电连接所述弹性波接收传感器。

较佳地，在所述弹性波接收面上以所述轨道板端面对应位置为初始点布置所述弹性波接收传感器，在所述弹性波激发面上以所述轨道板端面对应位置为初始点布置所述弹性波激发装置。

较佳地，所述固定间隔为10cm。

较佳地，多个所述弹性波接收传感器同时接收所述弹性波激发装置的弹性波数据。

较佳地，所述弹性波激发装置包括12V直流电源，激发装置控制器和执行机构，所述12V直流电源的正负极分别与所述激发装置控制器和所述执行机构电连接。

较佳地，所述执行机构为推拉式电磁铁。

较佳地，所述激发装置控制器采用西门子S200系列可编程逻辑控制器。

较佳地，所述弹性波接收传感器采用丹麦Brüel& 4370型压电电荷加速度传感器。