CN102162781B - 高速铁路板式无砟轨道ca砂浆的抗疲劳试验装置 - Google Patents
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Abstract
高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置，包括底座，底座上设反力装置，振动台和高低温试验箱；反力装置包括导杆，反力横梁和加载横梁；反力横梁和加载横梁均与导杆可滑动连接，加载横梁位于反力横梁之上，加载横梁与反力横梁之间设有千斤顶；高低温试验箱设置于反力横梁与振动台之间，反力横梁与高低温试验箱之间设有压力传感器，压力传感器的上端通过第一定长杆与反力横梁固接，压力传感器的下端固接第二定长杆，第二定长杆插入高低温试验箱内部，第二定长杆的自由端固接一与试件接触的上承压板；振动台上设支撑杆，支撑杆的自由端固接一承载试件的下承压板。本发明具有在温度、荷载和高频振动的复合影响下进行抗疲劳试验的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置。
背景技术
随国民经济快速发展，我国将建设四纵四横客运专线高速铁路网，设计时速最高达350 km/h 以上。为提高列车高速运行稳定性和安全性，减少轨道维护工作量，国外发展多种形式无砟轨道，其中板式轨道是技术最为成熟轨道之一，在发达国家高铁上大量铺设已成发展趋势，其特点是在路基上铺设混凝土底座，底座上放置预制轨道板，其间预留40～50mm 空隙，中间灌注水泥沥青砂浆(cement asphalt motar，CA 砂浆)，固化后形成兼具一定刚性和弹性的填充垫层，具支承预制轨道板，为轨道提供必要强度和弹性的重要作用，是板式无砟轨道结构中弹性调整层关键组成部分，也是板式轨道核心技术之一。
目前，国内将板式无砟轨道分为CRTS I型和CRTS II型，相应的所用水泥乳化沥青砂浆称为CRTS I型板式无砟轨道CA砂浆和CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆。铁道部科技司已发布两种轨道形式的CA砂浆暂行技术条件，其中也包括了硬化CA砂浆的耐久性要求及其测试方法。CRTS I型板式无砟轨道CA砂浆的耐久性要求主要包括抗冻性和抗老化性能，CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆的耐久性要求则包括抗冻性和抗疲劳性能。然而，研究发现，由于CA砂浆中的沥青为憎水性材料，CA砂浆失水后再次吸水饱和的可能性很小，而CA砂浆与外界并非完全处于绝湿条件下，其失水的可能性很大，因此，实际工程中的CA砂浆性能劣化并非是由于受冻所引起，而是在荷载和高频振动作用下CA砂浆受到的动态疲劳所致，但CRTS I型板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳性能并未引起足够的重视。CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳性能测试则是在低频作用下进行的，其振动频率仅为5Hz，而高速列车在以350km/h的速度高速行驶时，其对轨道、轨道板及其CA砂浆产生的振动频率远大于5Hz，因此，该疲劳试验无法得到CA砂浆的实际抗疲劳性能。此外，该试验方法也未考虑温度变化对CA砂浆疲劳性能的影响。
发明内容
为克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种在温度、荷载和高频振动的复合影响下对高速铁路板式无砟轨道CA砂浆进行抗疲劳试验的装置。
高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置，包括底座，所述的底座上设有对试件施加荷载的反力装置，对试件施加振动影响的振动台，和对试件施加温度影响的高低温试验箱；
所述的反力装置包括两根垂直地固定于底座上的导杆，架设于两导杆之间的反力横梁和加载横梁；所述的反力横梁和加载横梁均与所述的导杆可滑动连接，所述的加载横梁位于反力横梁之上，所述的加载横梁与反力横梁之间设有千斤顶；
所述的高低温试验箱设置于所述的反力横梁与振动台之间，所述的反力横梁与高低温试验箱之间设有压力传感器，所述的压力传感器的上端通过第一定长杆与所述的反力横梁固接，所述的压力传感器的下端固接第二定长杆，所述的第二定长杆插入所述的高低温试验箱内部，所述的第二定长杆的自由端固接一与试件接触的上承压板；
所述的振动台上设有插入所述的高低温试验箱内部的支撑杆，所述的支撑杆的自由端固接一承载试件的下承压板。
进一步，所述振动台受控于振动控制器，所述的高低温试验箱受控于试验箱控制器，所述的试验箱控制器包括控制试验箱内温度的温控模块和控制高低温循环时间的时间控制模块；所述的振动控制器和试验箱控制器均受控于一计时器，所述的计时器预设有工作时间、且当试验装置的实际工作时间到达预设时间时即关闭所述的振动控制器和试验箱控制器。
所述的压力传感器与一压力显示器连接。
进一步，所述的压力传感器为S型压力传感器，所述的振动台为电磁振动台。
进一步，所述的反力横梁和加载横梁的两端均设有套接于所述的导杆上的通孔，所述的通孔的上下两端均设有锁紧螺母，所述的导杆上设有与所述的锁紧螺母啮合的螺纹，所述的通孔被夹紧于两锁紧螺母之间。
进一步，所述的振动台上固定有支架，所述的支撑杆垂直地固定于所述的支架上。
进一步，所述的底座上设有支撑所述的高低温试验箱的机台，所述的机台包括均匀布置的多根混凝土立柱和架设于立柱上的支撑板。
本发明的技术构思是：通过振动台提供频率为1~400HZ的振动信号，高低温试验箱提供-20~50℃的温度，反力装置加载0~4000N的载荷。试件置于上、下承压板之间，通过调节反力横梁的位置、使上承压板与试件接触。再通过千斤顶对反力横梁施加载荷直到试件所受的实际载荷到达预定载荷；试件位于高低温试验箱内部，因此可通过调节高低温试验箱内部的温度即可对试件施加温度影响；承载试件的下承压板和支撑杆与电磁振动台连接，因此通过电磁振动台即可对试件施加振动影响。当试验装置工作到预设时间后，计时器使装置停止工作，即可将试件取出，对经疲劳试验后的试件进行测试，再与未经疲劳试验的试件性能比对，即可获得试件的抗疲劳性能。
本发明采用高速铁路板式无砟轨道CA砂浆CA砂浆作为试件，其采用的试验方法步骤如下：
(1) 成型φ50×50mm高速铁路板式无砟轨道CA砂浆CA砂浆试件4组，共12~20个试件，标准养护至28d；
(2) 预先设置振动频率、温度变化范围、温度保持时间与循环次数；
(3) 将一组CA砂浆试件继续保持在标准养护条件下进行标准养护，将待测试CA砂浆试件安放在下承压板和上承压板之间，CA砂浆试件与CA砂浆试件之间用强度等级在C40以上、厚度为10~30mm、直径为50~100mm的圆柱体混凝土块或厚度为10~30mm、边长为50~100mm的长方体混凝土块隔开；
(4) 调整上承压板与试件接触，采用千斤顶加载至预定荷载，旋转螺母固定反力横梁，使S型压力传感器显示装置显示读数达到预定加载值；
(5) 开启CA砂浆抗疲劳试验装置开关，至疲劳总时间到达后，试验装置自动关闭；
(6) 取出CA砂浆试件，在20℃标准养护室内放置24h，使试件温度达到20℃，然后根据《客运专线CRTS I型无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》测试经疲劳试验后的CA砂浆强度和弹性模量。同时测定标准养护至同龄期的CA砂浆试件强度与弹性模量。
(7) 根据经疲劳试验与未经疲劳试验后的CA砂浆强度和弹性模量的比值评定CA砂浆的抗疲劳性能。
本发明的有益效果主要体现在该试验方法既可综合考虑温度、荷载和高频振动等多因素复合的疲劳作用对试件性能的影响，也可考虑单因素疲劳作用对试件性能的影响。
附图说明
图1是本发明的正视图。
图2是本发明的正视剖面图。
图3是本发明的侧视图。
图4是本发明的侧视剖面图。
图5是反力横梁的通孔与导杆连接的示意图。
具体实施方式
参照附图，进一步说明本发明：
高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置，包括底座1，所述的底座1上设有对试件施加荷载的反力装置，对试件施加振动影响的振动台2，和对试件施加温度影响的高低温试验箱4；
所述的反力装置包括两根垂直地固定于底座上的导杆6，架设于两导杆6之间的反力横梁7和加载横梁8；所述的反力横梁7和加载横梁8均与所述的导杆6可滑动连接，所述的加载横梁8位于反力横梁7之上，所述的加载横梁8与反力横梁7之间设有千斤顶9；
所述的高低温试验箱4设置于所述的反力横梁7与振动台2之间，所述的反力横梁7与高低温试验箱4之间设有压力传感器9，所述的压力传感器9的上端通过第一定长杆18与所述的反力横梁7固接，所述的压力传感器9的下端固接第二定长杆19，所述的第二定长杆19插入所述的高低温试验箱4内部，所述的第二定长杆19的自由端固接一与试件接触的上承压板10；
所述的振动台2上设有插入所述的高低温试验箱4内部的支撑杆20，所述的支撑杆20的自由端固接一承载试件的下承压板3。
所述振动台2受控于振动控制器13，所述的高低温试验箱4受控于试验箱控制器，所述的试验箱控制器包括控制试验箱内温度的温控模块14和控制高低温循环时间的时间控制模块16；所述的振动控制器13和试验箱控制器均受控于一计时器15，所述的计时器15预设有工作时间、且当试验装置的实际工作时间到达预设时间时即关闭所述的振动控制器和试验箱控制器。
所述的压力传感器9与一压力显示器17连接。
所述的压力传感器9为S型压力传感器，所述的振动台2为电磁振动台。
所述的反力横梁7和加载横梁8的两端均设有套接于所述的导杆6上的通孔，所述的通孔的上下两端均设有锁紧螺母21，所述的导杆6上设有与所述的锁紧螺母21啮合的螺纹，所述的通孔被夹紧于两锁紧螺母21之间。
所述的振动台2上固定有支架23，所述的支撑杆20垂直地固定于所述的支架23上。
所述的底座1上设有支撑所述的高低温试验箱4的机台12，所述的机台包括均匀布置的多根混凝土立柱和架设于立柱上的支撑板。
本发明的技术构思是：通过振动台提供频率为1~400HZ的振动信号，高低温试验箱提供-20~50℃的温度，反力装置加载0~4000N的载荷。试件置于上、下承压板之间，通过调节反力横梁的位置、使上承压板与试件接触。再通过千斤顶对反力横梁施加载荷直到试件所受的实际载荷到达预定载荷；试件位于高低温试验箱内部，因此可通过调节高低温试验箱内部的温度即可对试件施加温度影响；承载试件的下承压板和支撑杆与电磁振动台连接，因此通过电磁振动台即可对试件施加振动影响。当试验装置工作到预设时间后，计时器使装置停止工作，即可将试件取出，对经疲劳试验后的试件进行测试，再与未经疲劳试验的试件性能比对，即可获得试件的抗疲劳性能。
本发明采用高速铁路板式无砟轨道CA砂浆作为试件，其采用的试验方法步骤如下：
(1) 成型φ50×50mm高速铁路板式无砟轨道CA砂浆试件4组，共12~20个试件，标准养护至28d；
(2) 预先设置振动频率、温度变化范围、温度保持时间与循环次数；
(3) 将一组CA砂浆试件继续保持在标准养护条件下进行标准养护，将待测试CA砂浆试件安放在下承压板和上承压板之间，CA砂浆试件与CA砂浆试件之间用强度等级在C40以上、厚度为10~30mm、直径为50~100mm的圆柱体混凝土块或厚度为10~30mm、边长为50~100mm的长方体混凝土块隔开；
(4) 调整上承压板与试件接触，采用千斤顶加载至预定荷载，旋转螺母固定反力横梁，使S型压力传感器显示装置显示读数达到预定加载值；
(5) 开启CA砂浆抗疲劳试验装置开关，至疲劳总时间到达后，试验装置自动关闭；
(6) 取出CA砂浆试件，在20℃标准养护室内放置24h，使试件温度达到20℃，然后根据《客运专线CRTS I型无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》测试经疲劳试验后的CA砂浆强度和弹性模量。同时测定标准养护至同龄期的CA砂浆试件强度与弹性模量。
(7) 根据经疲劳试验与未经疲劳试验后的CA砂浆强度和弹性模量的比值评定CA砂浆的抗疲劳性能。
实施例2
成型CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆φ50×50mm试件16个，标准养护28d后，取出其中8个安装于上承压板和下承压板之间，试件之间采用50×50×10mm混凝土块间隔。进行参数设置时，其振动频率为50Hz，施加荷载为1000N，温度制度为1h内边高频振动边升温至50℃，在50℃下继续高频振动4h，再在8h内边高频振动边降温至-12℃，然后在-12℃下继续高频振动4h，如此反复循环。经振动疲劳263 h后，将CA砂浆试件置于20℃标准养护室内放置24h，然后测定强度和弹性模量，同时测定标准养护条件下的同龄期养护试件的强度和弹性模量。经测定，未经疲劳实验和经疲劳实验后的CA砂浆试件的强度分别为8.9 MPa和10.4 MPa，弹性模量分别为1560MPa和2582 MPa。
实施例3
成型板式无砟轨道CRTS I 型板式无砟轨道CA砂浆φ50×50mm试件20个，标准养护28d后，取出其中10个安装于上承压板和下承压板之间，试件之间采用70×70×10mm混凝土块间隔。进行参数设置时，其振动频率为50Hz，施加荷载为1000N，温度制度为1h内边高频振动边升温至50℃，在50℃下继续高频振动4h，再在8h内边高频振动边降温至-12℃，然后在-12℃下继续高频振动4h，如此反复循环。经振动疲劳263 h后，将CA砂浆试件置于20℃标准养护室内放置24h，然后测定强度和弹性模量，同时测定标准养护条件下的同龄期养护试件的强度和弹性模量。经测定，未经疲劳实验和经疲劳实验后的CA砂浆试件的强度分别为4.3MPa和5.6MPa，弹性模量分别为1337 MPa和1960 MPa。
实施例4
成型CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆φ50×50mm试件12个，标准养护28d后，取出其中6个安装于上承压板和下承压板之间，试件之间采用100×100×20mm混凝土块间隔。进行参数设置时，其振动频率为50 Hz，施加荷载为500N，温度为保持恒温35℃，振动疲劳试验时间为48h。在35℃下振动疲劳248 h后，将CA砂浆试件置于20℃标准养护室内放置24h，然后测定强度和弹性模量，同时测定标准养护条件下的同龄期养护试件的强度和弹性模量。经测定，未经疲劳实验和经疲劳实验后的CA砂浆试件的强度分别为16.6 MPa和17.0 MPa，弹性模量分别为4396 MPa和5056 MPa。
实施例5
成型板式无砟轨道CRTS I型板式无砟轨道CA砂浆φ50×50mm试件12个，标准养护28d后，取出其中6个安装于上承压板和下承压板之间，试件之间采用φ100×20mm混凝土块间隔。进行参数设置时，其振动频率为100Hz，施加荷载为500N，温度制度为边高频振动边升温至40℃，在40℃下继续高频振动4h，再边高频振动边降温至-10℃，然后在-10℃下继续高频振动4h，如此反复循环。经振动疲劳960 h后，将CA砂浆试件置于20℃标准养护室内放置24h，然后测定强度和弹性模量，同时测定标准养护条件下的同龄期养护试件的强度和弹性模量。经测定，未经疲劳实验和经疲劳实验后的CA砂浆试件的强度分别为3.8 MPa和5.9 MPa，弹性模量分别为749 MPa和2685 MPa。
实施例6
成型板式无砟轨道CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆φ50×50mm试件16个，标准养护28d后，取出其中6个安装于上承压板和下承压板之间，试件之间采用φ80×20mm混凝土块间隔。进行参数设置时，其振动频率为150Hz，施加荷载为4000N，温度制度为边高频振动边升温至40℃，在40℃下继续高频振动4h，再边高频振动边降温至0℃，然后在0℃下继续高频振动4h，如此反复循环。经振动疲劳720 h后，将CA砂浆试件置于20℃标准养护室内放置24h，然后测定强度和弹性模量，同时测定标准养护条件下的同龄期养护试件的强度和弹性模量。经测定，未经疲劳实验和经疲劳实验后的CA砂浆试件强度分别为19.8 MPa和23.2 MPa，弹性模量分别为4785 MPa和6432 MPa。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (6)
1.高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置，其特征在于：包括底座，所述的底座上设有对试件施加荷载的反力装置，对试件施加振动影响的振动台，和对试件施加温度影响的高低温试验箱；
所述的反力装置包括两根垂直地固定于底座上的导杆，架设于两导杆之间的反力横梁和加载横梁；所述的反力横梁和加载横梁均与所述的导杆可滑动连接，所述的加载横梁位于反力横梁之上，所述的加载横梁与反力横梁之间设有千斤顶；
所述的高低温试验箱设置于所述的反力横梁与振动台之间，所述的反力横梁与高低温试验箱之间设有压力传感器，所述的压力传感器的上端通过第一定长杆与所述的反力横梁固接，所述的压力传感器的下端固接第二定长杆，所述的第二定长杆插入所述的高低温试验箱内部，所述的第二定长杆的自由端固接一与试件接触的上承压板；
所述的振动台上设有插入所述的高低温试验箱内部的支撑杆，所述的支撑杆的自由端固接一承载试件的下承压板。
2.如权利要求1所述的高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置，其特征在于：所述振动台受控于振动控制器，所述的高低温试验箱受控于试验箱控制器，所述的试验箱控制器包括控制试验箱内温度的温控模块和控制高低温循环时间的时间控制模块；所述的振动控制器和试验箱控制器均受控于一计时器，所述的计时器预设有工作时间、且当试验装置的实际工作时间到达预设时间时即关闭所述的振动控制器和试验箱控制器；
所述的压力传感器与一压力显示器连接。
3. 如权利要求1或2所述的高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置，其特征在于：所述的压力传感器为S型压力传感器，所述的振动台为电磁振动台。
4. 如权利要求3所述的高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置，其特征在于：所述的反力横梁和加载横梁的两端均设有套接于所述的导杆上的通孔，所述的通孔的上下两端均设有锁紧螺母，所述的导杆上设有与所述的锁紧螺母啮合的螺纹，所述的通孔被夹紧于两锁紧螺母之间。
5. 如权利要求4所述的高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置，其特征在于：所述的振动台上固定有支架，所述的支撑杆垂直地固定于所述的支架上。
6. 如权利要求5所述的高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的抗疲劳试验装置，其特征在于：所述的底座上设有支撑所述的高低温试验箱的机台，所述的机台包括均匀布置的多根混凝土立柱和架设于立柱上的支撑板。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Adil BINAL.A New Experimental Method and Device for Measuring Alkali Silica Gel Pressure in Mortar.《Proceedings of the 12th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete》.2004,266-272. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102162781A (zh) | 2011-08-24 |
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