CN118050189A - 可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道工程技术领域，旨在提供一种全面地模拟在温度等荷载作用下的桥梁的伸缩变形对桥梁的有砟道床的影响的装置。本发明实施例具体提供了一种可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，所述实验装置包括：道砟箱，其包括砟道床；轨排组件，其设置于所述砟道床；变形施加组件，其能够向所述砟道床施加外力；以及检测部，其包括：第一变形测量组件，其用于检测所述砟道床在变形施加组件的作用下沿外力的方向产生的位移。通过这样的构成，能够谋求通过变形施加组件和第一变形测量组件配合准确地模拟出桥梁的伸缩变形，进而有望全面地得出桥梁伸缩变形对有砟道床的影响。

Description

可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置

技术领域

本发明涉及轨道工程技术领域，尤其是涉及一套可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置。

背景技术

桥梁在铁路和道路交通(特别是在跨越山脉、河流和丘陵等相对复杂的地理环境)中发挥着关键的衔接作用。以铁路为例，如为了满足铁路跨江越海工程、艰险山区铁路建设等方面的刚性需求，涌现出了千米级跨度的铁路大桥以实现铁路高速行车的安全性和舒适性。与传统桥梁相比，千米级跨度桥梁的荷载更大、结构更复杂、刚度更柔软，因此，在温度、风荷载和列车荷载等因素的影响下，千米级跨度桥梁将更容易产生明显的变形或者位移。而高速列车的行驶要求线下基础的平顺性，因此这与包含千米级跨度的铁路大桥的铁路中的铁路大桥需要面对的变形或者位移形成了一定程度的矛盾。

在前述因素与变形之间的关联中，桥梁服役环境的温度产生变化作为一种自然规律无可避免，桥梁结构的温度变化将导致大跨桥梁产生巨大的伸缩变形，桥梁的伸缩变形将带动轨排在有砟道床里面产生位移，造成道床的剪切扰动，桥梁在温度荷载作用下的伸缩变形对桥上的有砟道床的影响是一个备受工程界关注的问题。如何全面地模拟在温度等荷载作用下的桥梁的伸缩变形对桥梁的有砟道床的影响，对于促进铁路工程领域的进步和保证铁路交通的安全性具有重要的意义。具体而言，全面地模拟在温度等荷载作用下的桥梁的伸缩变形对桥梁的有砟道床的影响能够为铁路的养护和维修工作提供重要的依据，从而确保铁路的正常运行。

相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明旨在至少一部分地解决上述技术问题，具体而言，提供一种能够全面地模拟在温度等荷载作用下的桥梁的伸缩变形对桥梁的有砟道床的影响的装置。

有鉴于此，本发明提供了一种可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，该实验装置包括：道砟箱，其包括砟道床；轨排组件，其设置于所述砟道床；变形施加组件，其能够向所述砟道床施加外力；以及检测部，其包括：第一变形测量组件，其用于检测所述砟道床在变形施加组件的作用下沿外力的方向产生的位移。

通过这样的构成，能够谋求通过变形施加组件和第一变形测量组件配合准确地模拟出桥梁的伸缩变形，进而有望全面地得出桥梁伸缩变形对有砟道床的影响。

对于上述可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，在一种可能的实施方式中，所述实验装置包括反力架组件，其固定至所述实验装置所处的环境中；所述变形施加组件和/或所述第一变形测量组件设置于所述反力架组件。

通过这样的构成，给出了变形施加组件和第一变形测量组件构成实验装置的一种可能的结构形式。

对于上述可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，在一种可能的实施方式中，所述反力架组件包括第一竖向支撑部分和第二竖向支撑部分，所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分固定至所述实验装置所处的环境中，其中，所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分分别设置有所述变形施加组件；并且/或者所述轨枕组件包括的第一轨道和第二轨道，所述第一轨道和所述第二轨道分别卡置于所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分的内侧；所述变形施加组件包括千斤顶，所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分分别设置有所述千斤顶。

通过这样的构成，给出了反力架组件的可能的结构形式以及变形施加组件/轨枕组件/变形施加组件构成实验装置的一种具体的方式。

对于上述可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，在一种可能的实施方式中，所述反力架组件包括设置于所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分之间的横向支撑部分，所述第一变形测量组件设置于所述横向支撑部分的底部。

通过这样的构成，给出了反力架组件的可能的结构形式以及第一变形测量组件构成实验装置的一种具体的方式。

对于上述可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，在一种可能的实施方式中，所述第一变形测量组件通过磁吸附的方式设置于所述横向支撑部分。

通过这样的构成，给出了第一变形测量组件在反力架组件上的一种可能的固定方式。如磁吸附的方式便于安装位置的调整。

对于上述可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，在一种可能的实施方式中，所述第一变形测量组件通过磁吸附的方式设置于所述横向支撑部分的底部。

通过这样的构成，给出了基于磁吸附实现的一种具体的安装方式。

对于上述可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，在一种可能的实施方式中，所述第一变形测量组件包括测量部件，其中，所述测量部件用于测量桥梁梁端的伸缩位移量，所述测量部件通过所述变形测量安装组件设置于所述反力架组件。

通过这样的构成，给出了第一变形测量组件的可能的结构方式。如测量部件可以为百分表或者激光测距仪等，二者均具有安装方法简单、测量精度高且可实现连续测量的优点。

对于上述可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，在一种可能的实施方式中，所述道砟箱包括箱体，所述箱体内盛装有道砟颗粒，所述检测部包括：第二变形测量组件，其埋设于所述道砟颗粒内。

通过这样的构成，能够谋求检测在外力施加的情形下道砟颗粒的应力和运动状态。

对于上述可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，在一种可能的实施方式中，所述轨排组件包括轨枕组，所述轨枕组包括多个轨枕，相应地，所述第二变形测量组件包括多个传感器，其中，所述多个传感器的至少一部分埋设于轨枕的下方和/或所述多个传感器的至少一部分沿高度方向设置于相邻的所述轨枕之间的枕盒区。

通过这样的构成，给出了第二变形测量组件在道砟颗粒内的可能的埋设方式。

对于上述可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，在一种可能的实施方式中，所述传感器为SmartRock传感器。

通过这样的构成，给出了第二变形测量组件的一种具体的形式。如SmartRock传感器的优点在于：其可直接放置在道床中以实时测量道砟的受力状态和运动状态并具有较高的测量精度；此外，其并可通过蓝牙等无线连接的方式将测试数据实时地传输到如手机、平板、电脑等终端，使用方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明一种实施例的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置中的结构示意图；

图2示出本发明一种实施例的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置中可移动道砟箱的结构示意图；

图3示出本发明一种实施例的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置中轨排结构的结构示意图；

图4示出本发明一种实施例的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置中中反力架的结构示意图；

图5示出本发明一种实施例的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置中变形施加组件的结构示意图。

图6示出本发明一种实施例的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置中变形测量组件的结构示意图；以及

图7示出本发明一种实施例的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置中智能道砟组件的结构示意图。

附图中：

100、可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置；

1、道砟箱；

11、钢箱；12、钢轮；13、有砟道床；131、道砟颗粒；

2、轨排组件；

21、钢轨；22、轨枕；

3、反力架组件；

31、竖向钢支撑；32、横向钢支撑；33、钢支撑底座；34、高强螺栓；

4、变形施加组件；

41、千斤顶；42、螺栓；43、千斤顶安装底座；

5、第一变形测量组件；

51、变形测量安装底座；52、横向连接杆；53、竖向连接杆；54、百分表；

6、第二变形测量组件；

61、SmartRock传感器；62、电脑。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。如尽管在本实施例中，多个部件均为钢结构，但是显然本领域技术人员可以根据实际需求对其材质进行合理的变更。

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节，本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的千斤顶、百分表、smartRock传感器等的原理等未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

桥梁的伸缩变形对桥上有砟道床影响的本质是桥梁在温度等复杂荷载作用下伸缩，梁端产生巨大的纵向位移，轨排和桥梁梁面产生巨大的相对位移，道床受到剪切扰动，梁端巨大的伸缩位移是造成道床扰动的充分条件，然而桥梁动辄几十、上百米，如何模拟梁面伸缩位移是一大难题。

有鉴于此，本发明提供了一种可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置。主要参照图1至图7，在一种可能的实施方式中，可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置100主要包括可移动的道砟箱1、轨排结构2、两个反力架组件3、变形施加组件4、第一变形测量组件5和第二变形测量组件6。该装置的设计思路是：通过可移动的道砟箱模拟桥梁梁端的伸缩变形，通过反力架组件限制轨排的移动，通过给可移动的道砟箱施加强制位移的方式来模拟轨排和梁面之间的相对位移。

主要参照图2，在一种可能的实施方式中，道砟箱1主要包括大致为矩形结构的钢箱11配置钢箱体底部的四个钢轮12以及设置于钢箱上表面的、用于埋设轨排组件的有砟道床13。其中，有砟道床13通常由满足特级道砟级配曲线范围的道砟颗粒131形成。如有砟道床13的上表面形成有与轨排组件相对应的埋设区。

如在本示例中，四个钢轮12仅可单向滚动并分别借助于螺栓等紧固件设置于矩形结构的钢箱11的四个边角位置。

主要参照图3，在一种可能的实施方式中，轨排组件2主要包括两根钢轨21，钢轨21铺设于包含多根轨枕22的轨枕组上，如在本示例中，轨枕组包括沿钢轨的长度方向分布的五根轨枕22，轨枕组适配性地埋设于前述的有砟道床13的埋设区内并保证枕底的道砟厚度为350mm。钢轨21与轨枕22之间通过与轨枕相配套的如弹条I、弹条II、弹条V型等扣件连接。

示例性地，如扣件主要包括W形弹条、防松垫圈、螺旋道钉、轨距挡板、挡板座及弹性橡胶垫板等。其中，弹性橡胶垫板放置在承轨槽和钢轨中间，钢轨的两侧分别安装挡板座和轨距挡板，W形弹条的一侧扣压钢轨轨底边缘，另一侧扣压轨距挡板，W形弹条、挡板、轨枕借助于螺旋道钉和防松垫圈顺次地联结在一起并使其一侧锚入轨枕内部。

主要参照图4，在一种可能的实施方式中，反力架组件3主要包括支撑座，如在本示例中，支撑座包括两根结构大致相同的竖向钢支撑31以及位于二者之间的一根横向钢支撑32，如竖向的支撑座设置于钢支撑底座33上。反力架组件主要用于安装变形施加组件。反力架组件3包括两个，两个反力架组件大致对称地安装在可移动的道砟箱的两个侧部，两个反力架组件3的内侧分别卡住两根钢轨21的外侧。

如在本示例中，横向钢支撑32的两端通过焊接的方式分别与两侧的两根竖向钢支撑31连接，两根竖向钢支撑31通过焊接的方式连接至钢支撑底座33连接。钢支撑底座33通过高强螺栓34。与前述的两根竖向钢支撑31相对应，支撑底座包括两个钢支撑底座33，每个钢支撑底座33借助于高强螺栓34固结至装置所处的环境的地面。

如在本示例中，钢支撑底座33沿钢轨的长度方向设置且横向钢支撑32大致位于其沿长度方向的中部，在横向钢支撑的两侧分别沿钢轨的长度方向设置有两个高强螺栓34，即每个钢支撑底座33上设置有四个高强螺栓34。

如在本示例中，竖向钢支撑31和横向钢支撑32大致为框壮结构且在框状结构的内部设置有沿框状结构的宽度方向分布的加强筋的结构形式，钢支撑底座33为双层结构且在二者之间设置有一对加强筋的结构形式。

显然，上述结构的反力架组件只是一种示例性的描述，本领域技术人员可以根据实际需求确定反力架组件的结构形式，如横向支钢支撑为沿竖直方向延伸的支撑板、在框状结构/双层结构内增设加强筋或者调整加强筋的方向等。

主要参照图5，在一种可能的实施方式中，变形施加组件4主要包括千斤顶组件，如在本示例中，千斤顶组件包括对应于两个竖向钢支撑31的两个千斤顶41。两个千斤顶41安装至相应的竖向钢支撑31上，千斤顶能够向道砟箱1的钢箱11的侧部施力，通过千斤顶与百分表的配合对道砟箱施加定量的纵向位移，以模拟桥梁的伸缩变形。如在本示例中，千斤顶41通过千斤顶安装部件装至相应的竖向钢支撑31上。示例性地，千斤顶安装组件包括外缘大致为方形的千斤顶安装底座43，千斤顶和千斤顶安装座借助于螺栓42等紧固件固定至竖向钢支撑31上。如千斤顶41的底部具有安装法兰，安装法兰借助于螺栓42与千斤顶安装底座43连接，千斤顶安装底座43通过焊接的方式固定在竖向钢支撑31。

主要参照图6，在一种可能的实施方式中，第一变形测量组件5主要包括变形测量安装组件以及设置于变形测量安装组件上的测量部件，如在本示例中，变形测量安装组件包括变形测量安装底座51和连接杆组件，安装底座51通过磁吸附的方式设置于横向钢支撑32上，如设置于横向钢支撑的底面大致居中的位置处。连接杆组件包括设置于变形测量安装底座上的竖向连接杆52以及设置于竖向连接杆上的横向连接杆53。测量部件为百分表54，百分表设置于横向连接杆53的端部。百分表54用于测量钢箱11的侧部在千斤顶施力的情形下产生的变形。

显然，上述结构的第一变形测量组件只是一种示例性的描述，本领域技术人员可以根据实际需求确定第一变形测量组件的结构形式，如将变形测量安装组件设置为一个整体的结构、磁吸附的具体位置(如横向钢支撑的侧面等)、磁吸附调整为可拆解的固定连接(如卡接、螺接等)、对连接杆组件中的杆的个数/方向进行调节等。

主要参照图7，在一种可能的实施方式中，第二变形测量组件6主要包括埋设在于砟道床13内的多个传感器61(本示例中包括八个)，如传感器61配置有包装盒，示例性地，包装盒为块状的聚氨酯盒。传感器为SmartRock传感器。基于这样的设置，在千斤顶向砟道床施加外力的情形下，SmartRock传感器便可实时地感知并测量出反映砟道床内的道砟颗粒的应力以及反映其运动状态的如速度、加速度等参数。

在一种具体的示例中，八个SmartRock传感器中的其中五个分别埋设于五根轨枕22的底部，如在五根轨枕下方的100mm。剩余的三个沿竖向分布并埋设于靠近五根轨枕的中间的位置(如本示例中为中间的第三根轨枕和紧邻其的轨枕之间)。如可以通过蓝牙等无线连接的方式实现SmartRock传感器与电脑62等控制终端之间的信号连接以实现实时的数据传输，这样一来，便可分析确定出桥梁伸缩变形对有砟道床的影响。

上述具体的埋设位置只是一种示例性的描述，本领域技术人员可以根据实际需求对其进行灵活地调整。以其中的100mm为例，如可以通过测试道床内不同埋深范围内道砟的受力，如可根据实际的研究目标和研究任务确定SmartRock传感器在轨枕底部到道床底部之间的埋深深度。此外，可以根据实际需求确定SmartRock传感器的个数及其在道砟颗粒内的排布方式等进行灵活地调整。此外，也可采用其他类型的传感器或者任意合理的检测部件来检测与砟道床内的道砟颗粒的应力、速度、加速度等。

可以看出，在本发明的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置中，通过反力架组件夹持钢轨的梁端从而实现了整个轨排结构的固定。通过千斤顶与百分表的配合，能够实现对道砟箱施加定量的纵向位移从而模拟桥梁伸缩变形。通过在枕底和枕盒区分别预埋SmartRock传感器，有望更准确地获取砟道床内的道砟颗粒的应力与运动状态。基于此，有望全面地分析桥梁的伸缩变形对有砟道床的影响。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：

道砟箱，其包括砟道床；

轨排组件，其设置于所述砟道床；

变形施加组件，其能够向所述砟道床施加外力；以及

检测部，其包括：

第一变形测量组件，其用于检测所述砟道床在变形施加组件的作用下沿外力的方向产生的位移。

2.根据权利要求1所述的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述实验装置包括反力架组件，其固定至所述实验装置所处的环境中；所述变形施加组件和/或所述第一变形测量组件设置于所述反力架组件。

3.根据权利要求2所述的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述反力架组件包括第一竖向支撑部分和第二竖向支撑部分，所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分固定至所述实验装置所处的环境中，

其中，所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分分别设置有所述变形施加组件；并且/或者

所述轨枕组件包括的第一轨道和第二轨道，所述第一轨道和所述第二轨道分别卡置于所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分的内侧；

所述变形施加组件包括千斤顶，所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分分别设置有所述千斤顶。

4.根据权利要求3所述的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述反力架组件包括设置于所述第一竖向支撑部分和所述第二竖向支撑部分之间的横向支撑部分，所述第一变形测量组件设置于所述横向支撑部分的底部。

5.根据权利要求4所述的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述第一变形测量组件通过磁吸附的方式设置于所述横向支撑部分。

6.根据权利要求5所述的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述第一变形测量组件通过磁吸附的方式设置于所述横向支撑部分的底部。

7.根据权利要求2所述的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述第一变形测量组件包括测量部件，

其中，所述测量部件用于测量桥梁梁端的伸缩位移量，所述测量部件通过所述变形测量安装组件设置于所述反力架组件。

8.根据权利要求1所述的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述道砟箱包括箱体，所述箱体内盛装有道砟颗粒，

所述检测部包括：

第二变形测量组件，其埋设于所述道砟颗粒内。

9.根据权利要求8所述的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述轨排组件包括轨枕组，所述轨枕组包括多个轨枕，

相应地，所述第二变形测量组件包括多个传感器，

其中，所述多个传感器的至少一部分埋设于轨枕的下方和/或所述多个传感器的至少一部分沿高度方向设置于相邻的所述轨枕之间的枕盒区。

10.根据权利要求9所述的可模拟桥梁伸缩变形对有砟道床影响的实验装置，其特征在于，所述传感器为SmartRock传感器。