CN112857721B - 一种含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法 - Google Patents

一种含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，包括：衬砌围压装置；脱空衬砌模型，管壁的内部设有变温管，固定设置于衬砌围压装置内部底壁；激振器，能够向脱空衬砌模型施加振动荷载；多个加速度传感器；变温装置，与变温管相连接，能够改变脱空衬砌模型的温度；气动装置固定架，设置于衬砌围压装置的上部开口；伸缩电机，通过伸缩连接杆连接有能够进入脱空衬砌模型内部的气动塞；气动控制装置，能够驱动伸缩电机运动以向脱空衬砌模型的施加气动荷载；信息采集控制系统，与激振器、变温装置、加速度传感器及气动控制装置相连接，能够控制变温装置、激振器和气动控制装置并采集加速度传感器传送的数据。

Description

一种含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验 方法
技术领域
本发明属于高速铁路技术领域，更具体地说，是涉及一种含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法。
背景技术
随着我国高速铁路的发展，高速铁路隧道总延长将进一步增加。我国的高铁隧道多采用复合衬砌结构，该类型隧道在建设过程中，受到不良地质条件、施工工艺、工装设备等因素的影响，会不可避免的出现衬砌脱空、开裂掉块、渗漏水、冻胀等病害形式。其中，拱顶脱空和衬砌冻害是威胁列车安全运营的重要风险之一。
其中80％以上的衬砌破坏发生在衬砌已有裂损处，且衬砌破坏扩展速度与列车速度以及次数呈明显的正相关性。随着高速列车运营时速的不断增大，列车的振动效应以及气动效应更加强烈，脱空衬砌处受到列车气动以及振动影响不断上升。高速列车长期循环气动荷载以及振动荷载的作用，必然进一步加剧已有衬砌脱空的扩展。一旦脱空处产生裂损掉块，这将严重威胁高铁列车的运营安全。
模型试验是指在相似理论的指导下建立的模型试验系统。对于列车振动模型试验是用振动测量技术测量振动参数，处理和分析数据。在对列车进出隧道产生的气动荷载和振动荷载对变温度场下脱空衬砌的分析过程中，国内外模型试验均无测量变温度场下脱空衬砌的动力响应，难以高效准确地分析气动荷载、振动荷载以及温度场对脱空衬砌动力响应的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够调节不同温度、不同气动荷载以及不同激振荷载的含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，包括：
衬砌围压装置，其为上部开口的箱式结构，
脱空衬砌模型，管壁的内部设有变温管；所述脱空衬砌模型固定设置于所述衬砌围压装置内部底壁，且所述脱空衬砌模型的轴线为竖直状态；
激振器，固定设置于所述衬砌围压装置内，与所述脱空衬砌模型相连接，能够向所述脱空衬砌模型施加振动荷载；
多个加速度传感器，设置于所述脱空衬砌模型，用于检测所述脱空衬砌模型的加速度；
变温装置，与所述变温管相连接，能够改变所述脱空衬砌模型的温度；
气动装置固定架，设置于所述衬砌围压装置的上部开口；所述气动装置固定架的顶部设有可供所述脱空衬砌模型的上端部透过的开孔；
伸缩电机，通过固定支架固定设置于所述气动装置固定架，所述伸缩电机通过伸缩连接杆连接有能够进入所述脱空衬砌模型内部的气动塞；
气动控制装置，能够驱动所述伸缩电机运动以向所述脱空衬砌模型的施加气动荷载；
信息采集控制系统，与所述激振器、变温装置、加速度传感器及气动控制装置相连接，能够控制所述变温装置、激振器和气动控制装置并采集所述加速度传感器传送的数据。
可选的，所述变温装置包括制冷器和加热器。
可选的，所述信息采集控制系统为带显示器的计算机控制系统。
可选的，所述气动装置固定架为下部开口的箱式结构。
可选的，所述衬砌围压装置上设有线路预留接头和变温管接口。
可选的，所述气动装置固定架上设有气动装置预留接口。
本发明的有益效果在于：与现有技术相比，本发明公开的含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，可控制脱空衬砌模型所受的气动荷载大小和频率、激振荷载大小与频率，同时还能控制温度高低，保证高效准确地分析变温度场下脱空衬砌模型的动力响应。通过采用计算机控制系统，可以调控气动荷载大小和频率、激振荷载大小和频率、衬砌温度高低，使气动荷载和激振荷载达到最佳的模拟试验状态，提高模拟试验的准确性。本发明可应用于高速铁路隧道工程领域的列车气动荷载以及振动荷载模型试验中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式中的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施方式提供的含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法的结构示意图；
图2为图1中的脱空衬砌模型的结构示意图。
图中：1、信息采集控制系统；2、线路预留接头；3、衬砌围压装置；4、脱空衬砌模型；5、加速度传感器；6、激振器；7、变温管接口；8、变温装置；9、气动控制装置；10、气动装置预留接口；11、固定支架；12、伸缩电机；13、伸缩连接杆；14、气动塞；15、气动装置固定架；16、变温管。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，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方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1及图2所示，本发明实施方式公开了一种含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法和实验装置。包括衬砌围压装置3、脱空衬砌模型4、激振器6、多个加速度传感器5、变温装置8、气动装置固定架15、伸缩电机12、气动控制装置9及信息采集控制系统1。
衬砌围压装置3，其为上部开口的箱式结构。该衬砌围压装置3可为铁质箱体。脱空衬砌模型4是模拟衬砌的模型装置，在脱空衬砌模型4上模拟设置了若干的脱空的宏观缺陷。脱空衬砌模型4的管壁的内部设有变温管16。脱空衬砌模型4固定设置于衬砌围压装置3的内部底壁，且脱空衬砌模型4的轴线为竖直状态。脱空衬砌模型4可以通过内部固定支架固定在衬砌围压装置3上。
激振器6固定设置于衬砌围压装置3内，与脱空衬砌模型4相连接，能够向脱空衬砌模型4施加振动荷载。该激振器6可为偏心电机等能够产生振动的装置。
多个加速度传感器5设置于脱空衬砌模型4上，用于检测脱空衬砌模型4的加速度。
变温装置8与变温管16相连接，能够改变脱空衬砌模型4的温度。该变温装置8可包括制冷器和加热器，用于对脱空衬砌模型4进行制冷或加热。
气动装置固定架15设置于衬砌围压装置3的上部开口。气动装置固定架15的顶部设有可供脱空衬砌模型4的上端部透过的开孔。在本实施方式中，该气动装置固定架15为下部开口的箱式结构，与衬砌围压装置3一同将脱空衬砌模型4包含在内部。该气动装置固定架15也是有钢板等制作的支架。
伸缩电机12通过固定支架11固定设置于气动装置固定架15，伸缩电机12通过伸缩连接杆13连接有能够进入脱空衬砌模型4内部的气动塞14。
气动控制装置9能够驱动伸缩电机12运动以向脱空衬砌模型4的施加气动荷载；
信息采集控制系统1与激振器6、变温装置8、加速度传感器5及气动控制装置9相连接，能够控制变温装置、激振器和气动控制装置并采集加速度传感器传送的数据。该信息采集控制系统1可为带显示器的计算机控制系统，采用计算机软件控制系统，可对数据信号进行实时转换，并进行监控，同时可以根据需要，随时调控激振力大小、频率；温度大小以及气动荷载大小。该信息采集控制系统1也可为单片机等其他控制装置，并通过USB数据线与电脑进行通信。
在衬砌围压装置3上设有线路预留接头2，用于导出加速度传感器线路、衬砌围压装置线路、激振器线路、变温装置线路、气动控制装置线路、伸缩电机线路。在衬砌围压装置3上还设有变温管接口7，以导出变温管16。
综上所述，本发明实施方式公开的含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，可控制脱空衬砌模型4所受的气动荷载大小和频率、激振荷载大小与频率，同时还能控制温度高低，保证高效准确地分析变温度场下脱空衬砌模型4的动力响应。通过采用计算机控制系统，可以调控气动荷载大小和频率、激振荷载大小和频率、衬砌温度高低，使气动荷载和激振荷载达到最佳的模拟试验状态，提高模拟试验的准确性。本发明可应用于高速铁路隧道工程领域的列车气动荷载以及振动荷载模型试验中。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，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 (6)

1.一种含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，其特征在于，包括：
衬砌围压装置，其为上部开口的箱式结构，
脱空衬砌模型，管壁的内部设有变温管；所述脱空衬砌模型固定设置于所述衬砌围压装置内部底壁，且所述脱空衬砌模型的轴线为竖直状态；
激振器，固定设置于所述衬砌围压装置内，与所述脱空衬砌模型相连接，能够向所述脱空衬砌模型施加振动荷载；
多个加速度传感器，设置于所述脱空衬砌模型，用于检测所述脱空衬砌模型的加速度；
变温装置，与所述变温管相连接，能够改变所述脱空衬砌模型的温度；
气动装置固定架，设置于所述衬砌围压装置的上部开口；所述气动装置固定架的顶部设有可供所述脱空衬砌模型的上端部透过的开孔；
伸缩电机，通过固定支架固定设置于所述气动装置固定架，所述伸缩电机通过伸缩连接杆连接有能够进入所述脱空衬砌模型内部的气动塞；
气动控制装置，能够驱动所述伸缩电机运动以向所述脱空衬砌模型的施加气动荷载；
信息采集控制系统，与所述激振器、变温装置、加速度传感器及气动控制装置相连接，能够控制所述变温装置、激振器和气动控制装置并采集所述加速度传感器传送的数据；
通过采用计算机控制系统，可以调控气动荷载大小和频率、激振荷载大小和频率、衬砌温度高低，使气动荷载和激振荷载达到最佳的模拟试验状态，保证高效准确地分析变温度场下所述脱空衬砌模型的动力响应。
2.根据权利要求1所述的含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，其特征在于，所述变温装置包括制冷器和加热器。
3.根据权利要求1所述的含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，其特征在于，所述信息采集控制系统为带显示器的计算机控制系统。
4.根据权利要求1所述的含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，其特征在于，所述气动装置固定架为下部开口的箱式结构。
5.根据权利要求1所述的含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，其特征在于，所述衬砌围压装置上设有线路预留接头和变温管接口。
6.根据权利要求1所述的含宏观缺陷的高速铁路衬砌结构气动荷载响应重现实验方法，其特征在于，所述气动装置固定架上设有气动装置预留接口。
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