CRTSⅡ型无砟轨道是我国高速铁路轨道结构的主要类型之一。随着线路运营时间的不断增加,在列车荷载和外界复杂环境的综合作用下,无砟轨道板表面非预裂缝处裂缝病害问题凸显,这无疑对无砟轨道结构的长期服役性能和高速列车运营安全带来了巨大的安全隐患。因此,如何在较短的高铁工务维修天窗内,实现对裂缝病害的高效、准确检测具有十分重要的理论价值和现实意义。基于此,本文提出采用非接触式红外热成像的方法进行病害检测。通过现场调研的方式,确定了轨道板表面裂缝特征和分布特点;基于红外热成像基本原理和热传导定理,推导了轨道板表面温差计算公式及影响热成像检测效果的控制性因素;通过建立有限元模型,对不同工况下的裂缝检测效果进行了对比计算,优化了检测方式,提高了检测精度;通过小比例轨道板模型实验和现场实际红外热成像检测实验,对表面裂缝区域和非裂缝区域温度场的空间特征和随时间变化规律进行了对比分析。本文的主要研究结论如下:(1)通过现场调研统计,裂缝病害在轨道板表面预裂缝区域和非预裂缝区域的发生频率基本相当,但桥梁段裂缝平均尺寸大于路基段裂缝平均尺寸,桥梁段裂缝宽度波动范围为0.02mm-0.36mm、长度波动范围为2.89cm-18.8cm;路基段裂缝宽度波动范围为0.01mm-0.82mm、长度波动范围为2.56cm-15.33cm。(2)理论计算结果表明:可将轨道板结构看作满足一维热传导的无限大平面结构,裂缝病害会导致轨道板表面温度场发生改变,并产生一定的温度梯度,根据表面温差计算公式,影响裂缝热成像检测效果的控制因素主要是裂缝长度、裂缝宽度和环境温度。(3)有限元数值计算结果表明:在无辅助条件下,环境温度对热成像裂缝检测效果的影响最大,且环境温度越高,裂缝尺寸越大,能够实现的检测效果越好。在10℃条件下,裂缝区域与非裂缝区域的最大温差为0.115℃,检测效果较差;在26℃条件下,0.2mm宽裂缝的表面温差最小值为0.110℃。采用人工热激励方法可以有效地提升轨道板表面裂缝热成像检测的范围和精度,根据最劣工况计算结果,不同激励条件下轨道板表面温差最大值为0.239℃,在施加1500 w/m~2热激励辐射强度的条件下,检测速率控制在5 km/h以下较为适宜。(4)模型实验和现场检测结果表明:利用红外热成像技术能够有效地对轨道板表面裂缝进行检测识别,裂缝区域的平均温度始终大于非裂缝区域的平均温度,受尺寸因素影响,裂缝区域在热像图中呈现出不连续高亮状态。同时,与非裂缝区域相比,裂缝区域具有更快的温度变化速率和更大的温度变化幅度。利用等温线提取方法对热像图中的裂缝区域进行特征分析发现,裂缝区域的等温线分布更加密集,利用红外热成像技术对裂缝面积信息和宽度信息的识别准确率最高可达97.49%和100%。通过现场实例分析可以看出,模型实验结果具有较好的准确性和可靠性,两者最小计算误差仅为2.44%。根据等温线温度提取结果,利用热成像技术对实际服役轨道板贯穿式裂缝的面积信息和宽度信息的最大检测精度分别可达96.46%和100%。