CN110672431A - 一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验方法及工装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验方法及工装，工装包括试验平台底座、轨枕块固定端固定装置、轨枕块活动端临时固定装置、扭矩加载装置；轨枕块固定端固定装置、轨枕块活动端临时固定装置设置在试验平台底座上，分别位于待试验的钢管混凝土轨枕的两端；轨枕块固定端固定装置固定夹持一端的轨枕块；轨枕块活动端临时固定装置临时支撑在另一端的轨枕块的下方；扭矩加载装置在该另一端的轨枕块的偏离中纵面的加载点处施加载荷形成扭矩。本发明可以用来检测轨枕的抗扭力学性能，确定检测的关键参数，可有效评价钢管混凝土轨枕是否满足力学要求，产品是否合格，可用以指导轨枕的生产制造以及验证。

Description

一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验方法及工装
技术领域
本发明属于无砟轨道部件的试验检测领域，具体涉及一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验方法及工装。
背景技术
在铁路无砟轨道系统中，有一种预制的轨枕，轨枕安装在道床中或者采用混凝土与道床浇筑为一体，用来安装扣件，进一步固定上方的钢轨，并需要与道床保持良好的连接性能。
钢管混凝土轨枕是一种新的轨枕，其力学性能的检测需制定新的方式方法，从而判断轨枕产品的力学性能，制定检测规程，指导轨枕的生产制造以及验收。
针对钢管混凝土轨枕，目前现有技术尚无对其抗扭性能进行测试试验的方式方法。
发明内容
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验方法及工装，可以用来检测轨枕的抗扭力学性能，确定检测的关键参数，可有效评价钢管混凝土轨枕是否满足力学要求，产品是否合格，可用以指导轨枕的生产制造以及验证。可应用于市域、城际、地铁项目以及高速铁路项目。可形成产品推广，会带来较大的增值服务收益与经济效益。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，包括试验平台底座、轨枕块固定端固定装置、轨枕块活动端临时固定装置、扭矩加载装置；
所述轨枕块固定端固定装置、轨枕块活动端临时固定装置设置在所述试验平台底座上，分别位于待试验的钢管混凝土轨枕的两端；
所述轨枕块固定端固定装置固定夹持一端的轨枕块；
所述轨枕块活动端临时固定装置临时支撑在另一端的轨枕块的下方；
所述扭矩加载装置在该另一端的轨枕块的偏离中纵面的加载点处施加载荷形成扭矩。
优选地，所述轨枕块固定端固定装置包括固定端架、固定夹板、松紧连接件；
所述固定端架的底部固定在所述试验平台底座上，其顶部固定连接所述固定夹板；
采用所述固定夹板和多个所述松紧连接件夹持固定钢管混凝土轨枕的一端的轨枕块。
优选地，所述轨枕块活动端临时固定装置包括临时千斤顶，在架设钢管混凝土轨枕时，其上端临时在支撑另一端的轨枕块的下方的中纵线处。
优选地，所述扭矩加载装置包括门型支架、加载千斤顶；
另一端的轨枕块部分穿过所述门型支架，轨枕块上端中纵线处从所述门型支架的支架横梁获得支撑，并被允许转动；
所述加载千斤顶位于所述门型支架内，并偏离轨枕块的中纵面设置，其上端顶起向轨枕块施加偏心载荷。
优选地，所述门型支架还包括滚轴；
所述滚轴设置在所述支架横梁的下方，正对轨枕块的中纵线。
优选地，所述门型支架还包括滚轴高度调节装置；
所述滚轴通过所述滚轴高度调节装置连接所述支架横梁的下方，所述滚轴高度调节装置可伸缩，用于调节滚轴高度。
优选地，所述扭矩加载装置还包括轨枕块夹持框架；
所述轨枕块夹持框架位于所述门型支架内，夹持轨枕块，且提供较轨枕块更宽的框架底部；
所述加载千斤顶对所述框架底部超出轨枕块宽度的部分进行偏心加载。
优选地，所述试验平台底座由至少三根纵梁和若干横梁固定连接而成；
至少在所述轨枕块固定端固定装置、轨枕块活动端临时固定装置、扭矩加载装置的下方设置有纵梁和横梁进行支撑。
为实现上述目的，按照本发明的另一方面，还提供了一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验方法，采用如前所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，抗扭试验方法包括如下步骤：
S1、将待试验的钢管混凝土轨枕安装在试验工装上，一端的轨枕块采用轨枕块固定端固定装置进行夹紧，另一端的轨枕块临时支撑在轨枕块活动端临时固定装置上；
S2、在轨枕块活动端安装加载千斤顶和压力测量装置，并量测偏心加载点到活动端轨枕块中部的距离L1；
S3、荷载从0开始逐步施加，按预定步长加载，分别记录每步加载的荷载F、顶升距离L2，以及轨枕块的开裂情况；
S4、加载至轨枕发生开裂或者屈服失效为止；
S5、将荷载F-顶升距离L2换算为扭矩-扭转角度，换算方法为扭矩T＝L1×F，扭转角α按照
Figure BDA0002206994700000031
换算出，绘制扭矩-扭转角曲线。
上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的无砟轨道钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装及试验方法，可以用来检测轨枕的抗扭力学性能，确定检测的关键参数，可有效评价钢管混凝土轨枕是否满足力学要求，产品是否合格，可用以指导轨枕的生产制造以及验证。可应用于市域、城际、地铁项目以及高速铁路项目。可形成产品推广，会带来较大的增值服务收益与经济效益。
附图说明
图1是本发明实施例的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装的侧视示意图；
图2是本发明实施例的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装的端部示意图；
图3是本发明实施例的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装的试验平台底座示意图；
图4是本发明实施例的钢管混凝土轨枕的抗扭试验方法的测量原理示意图；
图5是本发明实施例的待试验的钢管混凝土轨枕的俯视示意图。
图中尺寸标记的单位为mm。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
作为本发明的一种较佳实施方式，如图1-5所示，本发明提供一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，包括试验平台底座2、轨枕块固定端固定装置3、轨枕块活动端临时固定装置4、扭矩加载装置5。
所述轨枕块固定端固定装置3、轨枕块活动端临时固定装置4设置在所述试验平台底座2上，分别位于待试验的钢管混凝土轨枕1的两端；所述轨枕块固定端固定装置3固定夹持一端的轨枕块11；所述轨枕块活动端临时固定装置4临时支撑在另一端的轨枕块11的下方；所述扭矩加载装置5在该另一端的轨枕块11的偏离中纵面的加载点处施加载荷形成扭矩。
如图1所示，所述轨枕块固定端固定装置3包括固定端架31、固定夹板32、螺栓；所述固定端架31高0.5m，其底部焊接固定在所述试验平台底座2上，其顶部焊接固定连接所述固定夹板32；固定夹板32包括上夹板和下夹板，并在夹板上按照M24螺栓安装要求打孔，用以固定轨枕块。
如图1-2所示，所述轨枕块活动端临时固定装置4包括临时千斤顶41，在架设钢管混凝土轨枕1时，其上端临时在支撑另一端的轨枕块11的下方的中纵线处。
如图2所示，所述扭矩加载装置5包括门型支架51、加载千斤顶52；另一端的轨枕块11部分穿过0.69m高的所述门型支架51，轨枕块11上端中纵线处从所述门型支架51的支架横梁511获得支撑，并被允许转动；支架横梁511长1.2m、宽0.2m、高0.2m；所述加载千斤顶52位于所述门型支架51内，并偏离轨枕块11的中纵面设置，其上端顶起向轨枕块11施加偏心载荷。
如图2所示，所述门型支架51还包括滚轴512；所述滚轴512设置在所述支架横梁511的下方，长度与支架横梁宽度保持一致，正对轨枕块11的中纵线。滚轴可在轨枕扭转试验过程中顶住轨枕底部中心线，防止轨枕发生竖向挠曲变形。
所述门型支架51还包括滚轴高度调节装置513；所述滚轴512通过所述滚轴高度调节装置513连接所述支架横梁511的下方，所述滚轴高度调节装置513可伸缩，用于调节滚轴高度，适应不同型号的轨枕。
如图2所示，所述扭矩加载装置5还包括轨枕块夹持框架53；所述轨枕块夹持框架53位于所述门型支架51内，夹持轨枕块11，且提供较轨枕块11更宽的框架底部531；所述加载千斤顶52对所述框架底部531超出轨枕块11宽度的部分进行偏心加载。
如图3所示，所述试验平台底座2长约3m，宽1.2m，由至少三根纵梁和若干横梁固定连接而成；具体地，底座采用两根长约3m、1根长2.7m的工字型钢间隔0.5m作为纵梁，4根1m长的横梁间距0.5m-1.5m，按照图3所示焊接而成。至少在所述轨枕块固定端固定装置3、轨枕块活动端临时固定装置4、扭矩加载装置5的下方设置有纵梁和横梁进行支撑。
本发明的钢管混凝土轨枕的抗扭试验方法，采用如前所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，抗扭试验方法采用间接测试的方式，试验前测量加载点到活动端轨枕中部旋转中心距离L1，试验过程中对顶升距离L2进行测量，同时记录每步加载的荷载大小F，利用三角形关系从而计算出扭矩T和扭转角度α，如图4所示。
具体包括如下步骤：
S1、将待试验的钢管混凝土轨枕1倒置安装在试验工装上，一端的轨枕块采用轨枕块固定端固定装置3进行夹紧，另一端的轨枕块临时支撑在轨枕块活动端临时固定装置4上；
S2、在轨枕块活动端安装加载千斤顶52和压力测量装置，并量测偏心加载点到活动端轨枕块中部的距离L1；
S3、荷载从0开始逐步施加，步长按200N加载，分别记录每步加载的荷载F、顶升距离L2，以及轨枕块的开裂情况；
S4、加载至轨枕发生开裂或者屈服失效(荷载施加过程中位移明显增大但荷载无明显增加)为止；
S5、如图4所示，将荷载F-顶升距离L2换算为扭矩-扭转角度，换算方法为扭矩T＝L1×F，扭转角α按照
Figure BDA0002206994700000051
换算出，绘制扭矩-扭转角曲线。
本发明的无砟轨道钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装及试验方法，可以用来检测轨枕的抗扭力学性能，确定检测的关键参数，可有效评价钢管混凝土轨枕是否满足力学要求，产品是否合格，可用以指导轨枕的生产制造以及验证。可应用于市域、城际、地铁项目以及高速铁路项目。可形成产品推广，会带来较大的增值服务收益与经济效益。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，其特征在于：包括试验平台底座(2)、轨枕块固定端固定装置(3)、轨枕块活动端临时固定装置(4)、扭矩加载装置(5)；
所述轨枕块固定端固定装置(3)、轨枕块活动端临时固定装置(4)设置在所述试验平台底座(2)上，分别位于待试验的钢管混凝土轨枕(1)的两端；
所述轨枕块固定端固定装置(3)固定夹持一端的轨枕块(11)；
所述轨枕块活动端临时固定装置(4)临时支撑在另一端的轨枕块(11)的下方；
所述扭矩加载装置(5)在该另一端的轨枕块(11)的偏离中纵面的加载点处施加载荷形成扭矩。
2.如权利要求1所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，其特征在于：
所述轨枕块固定端固定装置(3)包括固定端架(31)、固定夹板(32)、松紧连接件；
所述固定端架(31)的底部固定在所述试验平台底座(2)上，其顶部固定连接所述固定夹板(32)；
采用所述固定夹板(32)和多个所述松紧连接件夹持固定钢管混凝土轨枕(1)的一端的轨枕块(11)。
3.如权利要求1所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，其特征在于：
所述轨枕块活动端临时固定装置(4)包括临时千斤顶(41)，在架设钢管混凝土轨枕(1)时，其上端临时在支撑另一端的轨枕块(11)的下方的中纵线处。
4.如权利要求1所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，其特征在于：
所述扭矩加载装置(5)包括门型支架(51)、加载千斤顶(52)；
另一端的轨枕块(11)部分穿过所述门型支架(51)，轨枕块(11)上端中纵线处从所述门型支架(51)的支架横梁(511)获得支撑，并被允许转动；
所述加载千斤顶(52)位于所述门型支架(51)内，并偏离轨枕块(11)的中纵面设置，其上端顶起向轨枕块(11)施加偏心载荷。
5.如权利要求4所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，其特征在于：
所述门型支架(51)还包括滚轴(512)；
所述滚轴(512)设置在所述支架横梁(511)的下方，正对轨枕块(11)的中纵线。
6.如权利要求5所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，其特征在于：
所述门型支架(51)还包括滚轴高度调节装置(513)；
所述滚轴(512)通过所述滚轴高度调节装置(513)连接所述支架横梁(511)的下方，所述滚轴高度调节装置(513)可伸缩，用于调节滚轴高度。
7.如权利要求4所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，其特征在于：
所述扭矩加载装置(5)还包括轨枕块夹持框架(53)；
所述轨枕块夹持框架(53)位于所述门型支架(51)内，夹持轨枕块(11)，且提供较轨枕块(11)更宽的框架底部(531)；
所述加载千斤顶(52)对所述框架底部(531)超出轨枕块(11)宽度的部分进行偏心加载。
8.如权利要求1所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，其特征在于：
所述试验平台底座(2)由至少三根纵梁和若干横梁固定连接而成；
至少在所述轨枕块固定端固定装置(3)、轨枕块活动端临时固定装置(4)、扭矩加载装置(5)的下方设置有纵梁和横梁进行支撑。
9.一种钢管混凝土轨枕的抗扭试验方法，其特征在于：采用如权利要求1-8任一项所述的钢管混凝土轨枕的抗扭试验工装，抗扭试验方法包括如下步骤：
S1、将待试验的钢管混凝土轨枕(1)安装在试验工装上，一端的轨枕块采用轨枕块固定端固定装置(3)进行夹紧，另一端的轨枕块临时支撑在轨枕块活动端临时固定装置(4)上；
S2、在轨枕块活动端安装加载千斤顶(52)和压力测量装置，并量测偏心加载点到活动端轨枕块中部的距离L1；
S3、荷载从0开始逐步施加，按预定步长加载，分别记录每步加载的荷载F、顶升距离L2，以及轨枕块的开裂情况；
S4、加载至轨枕发生开裂或者屈服失效为止；
S5、将荷载F-顶升距离L2换算为扭矩-扭转角度，换算方法为扭矩T＝L1×F，扭转角α按照
Figure FDA0002206994690000021
换算出，绘制扭矩-扭转角曲线。
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