CN109580401B - 测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验方法，属于混凝土性能测试技术领域，其测试试验装置由模拟列车动载振动系统、试件模盒系统、支撑平台系统构成。所述模拟列车动载振动系统包含振动平台，以及振动平台上的两个变频振动电机及配载块，所述试件模盒系统由去盖的硬质塑料长方体模盒、不锈钢底板和土工布垫块构成；所述支撑平台系统由支柱、弹簧、支撑平台和地面底座构成，不锈钢底板设于支撑平台上，所述振动平台及变频振动电机与配载块一同通过四侧的支柱连接至底部的弹簧。本发明结构简单，能够较真实地模拟高速铁路运营条件不同振动冲击频率下轨道结构材料的性能演变，具有科学性和有效性。
Description
技术领域
本发明属于混凝土性能测试技术领域，涉及测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验方法，具体涉及一种测试评价高速列车动载与水耦合作用下板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验装置和方法。
背景技术
伴随着我国高速铁路建设的飞速发展，高速铁路板式无砟轨道结构水泥基材料的性能研究成为一项重大课题。参见图1，高速铁路板式无砟轨道结构主要由混凝土支撑层、填充层、预制轨道板以及扣件和钢轨等组件组成。充填层是关键结构层，其位于支撑层和预制轨道板之间，承担了调整、支撑、传力的功能，是保证列车高速平稳运行的关键结构。板式无砟轨道关键水泥基材料主要包括以下几类，如：水泥乳化沥青砂浆、自密实混凝土以及道床板混凝土等，单一的影响因素难以客观真实得反映、模拟上述水泥基材料的实际工作，必须使用多因素影响评价体系来评定无砟轨道水泥基材料的性能演变。在雨水丰富和排水不畅地段,板式无砟轨道层间会发生较为严重的渗水病害，钢轨支点力作为引起无砟轨道病害的主要原因之一,也是裂缝内动水压力和水流速度产生的直接原因。例如由于层间渗水、疲劳荷载、温度应力及填充层混凝土本身与轨道板的粘结力薄弱，造成轨道板与充填层之间分离。这种不良作用会产生轨道结构层间离缝，离缝不仅会引起轨道几何尺寸发生变化加剧轮轨间动力冲击作用,导致整个轨道结构动力特性和服役性能发生变化，也会使得在列车荷载的反复冲击作用下，支撑层与轨道板将反复“拍打”填充层，导致填充层破坏影响高速铁路的正常运营[4]，更有甚者可能发生导致严重的事故，危害生命财产安全。因此，研究列车荷载和其他破坏因素的复合作用下无砟轨道结构混凝土材料的性能具有重要的理论研究意义和广泛的工程实用价值。因此，根据无砟轨道结构关键材料在工程实际中所处环境、荷载情况，系统开展多种影响因素作用下无砟轨道结构关键材料服役状态下性能研究引起了学术界的广泛关注。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、能够较好地模拟、评价无砟轨道结构水泥基材料在高速列车动载与水耦合作用工况下性能的测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验方法，其测试试验装置由模拟列车动载振动系统、试件模盒系统、支撑平台系统构成；
所述模拟列车动载振动系统包含振动平台，以及振动平台上的两个变频振动电机及配载块，所述变频振动电机及配载块固定于振动平台上，所述振动平台位于待测试件上方；振动平台底部设有两根光面加荷轴杆，用于将振动冲击载荷施加于待测试件，所述光面加荷轴杆底面在无论是否配置配载块时均略高于下方待测试件顶面。
所述试件模盒系统由去盖的硬质塑料长方体模盒、不锈钢底板和土工布垫块构成；所述模盒中盛放模拟环境液体(水或溶液)，所述土工布垫块在使用时垫于模盒内的底部，待测试件设于所述模盒中土工布垫块上；所述不锈钢底板上固定设置有钢制限位板，所述钢制限位板用于在装置工作时约束去盖的硬质塑料长方体模盒。
所述支撑平台系统由支柱、弹簧、支撑平台和地面底座构成，不锈钢底板设于支撑平台上，所述振动平台及变频振动电机与配载块一同通过四侧的支柱连接至底部的弹簧。
作为优选，所述支撑平台尺寸为700mm×700mm×80mm(长×宽×高)，采用C30混凝土制成。
作为优选，所述振动平台下底面固定连接有两根直径为20mm光面加荷轴杆；
作为优选，所述模盒内设有混凝土试件以及模拟环境的水或溶液。
作为优选，所述振动平台平面尺寸为800mm×800mm。
作为优选，所述两个变频振动电机的频率为(12～50)Hz、振幅为(2～3)mm所述配载块为50kg。
作为优选，所述模盒尺寸为550mm×400mm×80mm(长×宽×高)，使用去盖的硬质塑料制成，既能用于盛放标准的400mm×100mm×100mm的长方体试件，也可用于盛放板式的叠合试件。
所述测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验方法如下：
1、将土工布垫块平铺在模盒底面，再将待测试件(构件)置于土工布垫块上，并注意不可让待测(构件)试件与模盒壁有任何接触，向模盒中倒入根据无砟轨道实际所处环境有选择性和针对性制作的环境模拟液(水或溶液)。
2、将模盒放在不锈钢底板上，并通过不锈钢底板上的钢制限位板保持位置。
3、根据需模拟的列车动载，调整变频振动电机的振动频率和振幅，然后启动变频振动电机，压力通过光面加荷轴杆作用到待测试件(构件)，模拟高速列车动载作用下无砟轨道结构的服役工况。
4、达到预定作用的不同的次数，测定试件(构件)的强度Qi分别与同期制作的未经过测试的相同试件(构件)的强度Q对比，计算得出强度降低率。
5、达到预定作用次数后，测定试件(构件)的毛细吸水率。
本发明的原理：采用强度降低率和毛细吸水率(吸水系数)双参数来对高速列车动载与水耦合作用下板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变进行评价。
采用上述结构后，本发明所述的测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验装置具有以下有益效果：
一、本装置可用于测试评价高速列车动载与水耦合作用下板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变，能够真实准确得测试并评价这类特殊结构的服役性能。
二、往模盒内倒入板式无砟轨道结构所处环境的选择性的环境模拟液(水或溶液)，并根据实际工况调节变频振动电机的频率和振幅，能实现在实验室中模拟实际使用工况中在高速列车动载与水耦合作用下无砟轨道结构水泥基材料的性能演变过程。
三、本发明结构简单、操作简便、可靠性高，通过模拟试验避免了现场实体足尺模型试验所需的大量人力、物力。
四、根据高速铁路建造地的水质，可以有选择性和针对性得在环境模拟筒内添加液体，能够良好地模拟真实的渗水环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是高速铁路板式无砟轨道结构型式示意图；
图2是本发明的装置的立体示意图；
图3是图2的主视图；
附图标记说明：
A--预制轨道板；B--充填层；C--支撑层；
1--变频振动电机；2--配载块；3--振动平台；4--限位板；5--光面加荷轴杆；6--模盒；7--不锈钢底板；8--支柱；9--弹簧；10--支撑平台；11--地面底座；12--待测试件(构件)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图2和图3，振动平台3上方布置有2台频率为12～50Hz、振幅为2～3mm的频率和振幅均可调的变频振动电机1和若干50kg配载块2，振动平台3通过支杆8连接有若干弹簧9，所述弹簧9固定于地面底座11上。
参见图2和图3，振动平台3下底面固定布置有2根直径为20mm的光面加荷轴杆5，上方变频振动电机2带动振动平台3和2根光面加荷轴杆5振动施加冲击载荷于待测试件(构件)12上，模拟高速列车动载通过钢轨施加冲击载荷于板式无砟轨道板的过程。且无论配载块2中是否有加载物，光面加荷轴杆5底部均略高于混凝土试件12顶面。
参见图2和图3，模盒系统由去盖的硬质塑料长方体模盒6、带钢制限位板的不锈钢底板7和土工布垫块构成。其中模盒6的尺寸为550mm×400mm×80mm(长×宽×高)，模拟实际工况将环境模拟液(水或溶液)倒入长方体模盒6，土工布垫块在使用时平铺于模盒6底部，正式测试时待测试件12置于模盒6内、土工布垫块上方，可避免模拟列车动载的振动平台对待测试件施压时待测试件12发生劈裂。
参见图2和图3，支撑平台10上的钢制限位板4三面围绕模盒6，一侧开口，在试验中起到保持模盒6位置的作用。
参见图2和图3，支撑平台系统由支撑平台10以及不锈钢底板7构成，所述支撑平台10尺寸为700mm×700mm×80mm(长×宽×高)，采用C30混凝土制成，不锈钢底板7尺寸为650mm×650mm×10mm支撑平台系统能够在振动冲击作用提供足够的刚性，也能保证试验过程待测试件保持平稳。
参见图2和图3，将制作好的待测水泥基材料试件12放入模盒6后，往模盒6内倒入板式无砟轨道结构所处环境的选择性的环境模拟液(水或溶液)，并根据实际工况调节变频振动电机1的频率和振幅，能实现在实验室中模拟实际使用工况中无砟轨道结构水泥基材料在高速列车动载与水耦合作用下的性能演变过程。
参见图2和图3，所述振动平台3下底面中央固定连接有直径为20mm的2根光面加荷轴杆5，用于模拟2根钢轨向无砟轨道施加载荷，当变频振动电机2开始工作，光面加荷轴杆5开始以一定的频率向待测试件12施加动载，通过上述技术方案来模拟无砟轨道结构中混凝土支撑层、填充层、预制轨道板之间在不良环境下产生层间离缝时在列车动载的反复作用工况。
本具体实施方式的操作方法如下：
1、将土工布垫块平铺在模盒6底面，再将待测试件(构件)12置于土工布垫块上，并注意不可让待测(构件)试件12与模盒6壁有任何接触，向模盒6中倒入根据无砟轨道实际所处环境有选择性和针对性制作的环境模拟液(水或溶液)。
2、将模盒6放在不锈钢底板7上，并通过不锈钢底板7上的钢制限位板4保持位置。
3、根据需模拟的列车动载，调整变频振动电机1的振动频率和振幅，然后启动变频振动电机1，压力通过光面加荷轴杆5作用到待测试件(构件)12，模拟高速列车动载作用下无砟轨道结构的服役工况。
4、达到预定作用的不同的次数，测定试件(构件)的强度Qi分别与同期制作的未经过测试的相同试件(构件)的强度Q对比，计算得出强度降低率。
5、达到预定作用次数后，测定试件(构件)的毛细吸水率。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验装置，其特征在于：所述试验装置由模拟列车动载振动系统、试件模盒系统、支撑平台系统构成；
所述模拟列车动载振动系统包含振动平台(3)，以及振动平台(3)上的两个变频振动电机(1)及配载块(2)，所述变频振动电机(1)及配载块(2)固定于振动平台(3)上，所述振动平台(3)位于待测试件(12)上方；
所述振动平台(3)下底面固定连接有两根直径为20mm光面加荷轴杆(5)；
用于将振动冲击载荷施加于待测试件(12)，所述光面加荷轴杆(5)底面在无论是否配置配载块时均略高于下方待测试件(12)顶面；
所述试件模盒系统由去盖的硬质塑料长方体模盒(6)、不锈钢底板(7)和土工布垫块构成；所述模盒(6)尺寸为550mm×400mm×80mm，使用去盖的硬质塑料制成，既能用于盛放标准的400mm×100mm×100mm的长方体试件，也可用于盛放板式的叠合试件；
所述模盒(6)中盛放模拟环境液体，所述土工布垫块在使用时垫于模盒(6)内的底部，待测试件(12)设于所述模盒(6)中土工布垫块上；所述不锈钢底板(7)上固定设置有钢制限位板(4)，所述钢制限位板(4)用于在装置工作时约束去盖的硬质塑料长方体模盒(6)；
所述支撑平台系统由支柱(8)、弹簧(9)、支撑平台(10)和地面底座(11)构成，不锈钢底板(7)设于支撑平台(10)上，所述振动平台(3)及变频振动电机(1)与配载块(2)一同通过四侧的支柱(8)连接至底部的弹簧(9)。
2.根据权利要求1所述的测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验装置，其特征在于：所述支撑平台(10)尺寸为700mm×700mm×80mm，采用C30混凝土制成的支撑平台。
3.根据权利要求1所述的测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验装置，其特征在于：所述模盒(6)内设有混凝土试件以及模拟环境的水或溶液。
4.根据权利要求1所述的测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验装置，其特征在于：所述振动平台(3)平面尺寸为800mm×800mm。
5.根据权利要求1所述的测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变的试验装置，其特征在于：所述两个变频振动电机的频率为12～50Hz、振幅为2～3mm所述配载块为50kg。
6.根据权利要求1所述的测试板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变试验装置的试验方法，其特征在于：所述试验方法如下：
(1)、将土工布垫块平铺在模盒底面，再将待测试件置于土工布垫块上，并注意不可让待测试件与模盒壁有任何接触，向模盒中倒入根据无砟轨道实际所处环境有选择性和针对性制作的环境模拟液；
(2)、将模盒放在不锈钢底板上，并通过不锈钢底板上的钢制限位板保持位置；
(3)、根据需模拟的列车动载，调整变频振动电机的振动频率和振幅，然后启动变频振动电机，压力通过光面加荷轴杆作用到待测试件，模拟高速列车动载作用下无砟轨道结构的服役工况；
(4)、达到预定作用的不同的次数，测定试件的强度Qi分别与同期制作的未经过测试的相同试件的强度Q对比，计算得出强度降低率；
(5)、达到预定作用次数后，测定试件的毛细吸水率。
7.根据权利要求6所述的试验方法，其特征在于：所述试验方法采用强度降低率和毛细吸水率双参数来对高速列车动载与水耦合作用下板式无砟轨道结构水泥基材料性能演变进行评价。
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