CN211477914U - 铁路路基主动减隔振模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铁路路基主动减隔振模型试验装置，由均质地基、参照工况试验装置和多个对比工况试验装置组成，参照工况试验装置包括路堤、刚性板、柔性垫层和激振系统，路堤按缩尺比例填筑在均质地基上；刚性板放置在路堤顶面上；柔性垫层铺设在刚性板顶面的中心区域上；激振系统放置在柔性垫层上；在刚性板上设置有基准点，在加固区以外的地基表面上设置有多个测试点，在基准点和测试点处各设置一加速度振动传感器，用于拾取加速度时程数据；对比工况试验装置除具有与参照工况试验装置相同的结构外，还包括构筑在路堤下的均质地基内的指定型式模型桩体。该装置结构简单、模型试验效果好，能对不同路基加固措施的减隔振效果进行对比分析。

Description

铁路路基主动减隔振模型试验装置

技术领域

本实用新型涉及铁路路基减振领域，特别是涉及一种铁路路基主动减隔振模型试验装置。

背景技术

在铁路运营过程中，列车经过铁路路基段时产生的振动，会通过基床向沿线周边地基中传播，引起环境振动污染。长期的环境振动作用，会导致周边生活居民的身体不适、损坏建筑物结构、影响一些高精密产业的正常生产。由于环境振动带来的这一系列不利影响，国际上已将其列为七大环境公害之一。

控制铁路路基振动传播的措施主要有三大类：振源控制、传播路径控制、被保护对象控制。其中最有效的控制措施是针对振源的主动控制措施，可以通过加固路基基床与地基实现，但是盲目地对路基基床与地基进行加固，不仅会造成资源上的浪费，而且可能会导致环境振动的反弹、放大。

为验证控制措施的有效性，必须开展大量的试验研究，常用的试验手段有现场试验、模型试验和数值仿真试验。其中现场试验可信度最高，但体量较大，需要花费大量的人力和物力，一般机构难以承担；数值仿真试验虽然所需的投入相对较小，但需要对各模型构件进行大量的假定，当缺乏工程经验和现场试验结果支撑的时候，容易导致错误的结果；模型试验不失为一个比较好的折中方案，但鲜见针对铁路路基或相关结构的主动减隔振模型试验。

铁路路基是一平面带状结构，沿线路方向的长度较长，实际在铁路路基段引起的振动荷载是列车在沿线路方向的运动状态导致的振动，想要直接通过模型试验模拟运动中的带状动荷载及路基结构，必将导致极大的模型体量，无法体现模型试验的优势。采用原比例制作模型可以保证结果的可信度，但是体量较大，无法体现模型试验的优势。采用缩尺模型时，由于路堤体量较小，难以保证足够的压实度，导致基准点传感器无法有效固定。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足提供一种铁路路基主动减隔振模型试验装置，能够合理地通过模型试验对比分析不同路基加固措施的主动减隔振效果，显著降低铁路路基主动减隔振模型试验的投入成本，提高模型试验的可操作性。

为此，本实用新型的技术方案如下：

一种铁路路基主动减隔振模型试验装置，由均质地基、参照工况试验装置和多个对比工况试验装置组成，所述参照工况试验装置用于形成参照工况的振动传播衰减规律曲线，包括路堤、刚性板、柔性垫层和激振系统，其中：所述上，路堤下面的均质地基为加固区；所述刚性板放置在所述路堤的顶面上；所述柔性垫层铺设在刚性板顶面的中心区域上；所述激振系统放置在所述柔性垫层上，用于施加指定频率的单频简谐激振力；在所述刚性板上设置有一基准点；在所述加固区以外的地基表面上设置有多个测试点，在所述基准点和每个测试点处各设置一加速度振动传感器，用于拾取加速度时程数据；所述对比工况试验装置用于形成参照工况的振动传播衰减规律曲线，每个所述比工况试验装置除具有与所述参照工况试验装置相同的结构外，还包括指定型式的模型桩体，所述模型桩体构筑在所述加固区内。

所述激振系统包括支架、激振器、连接杆和四根金属弹簧，所述支架为正四棱柱体，其顶部和底部边框为正方形；所述激振器的顶部通过四根金属弹簧与支架顶部边框的四角连接，四根金属弹簧与激振器的连接点沿激振器顶面圆周方向均匀分布；所述连接杆竖直设置，其顶端与激振器底部中心固定连接，用于将激振器的动圈发出的简谐荷载传至所述刚性板，连接杆的底端与所述柔性垫层紧密接触。

优选的是，所述连接杆的底端设置有扩大头，所述扩大头与所述柔性垫层紧密接触。

优选的是，所述激振器顶部放置有负重。

优选的是，所述测试点处的各加速度振动传感器分别固定在一长钉的顶面，所述长钉插入指定位置处的地基中，各传感器位于地面上。

所述刚性板为钢筋混凝土板、大理石板或钢板。所述柔性垫层为均质黏土层或胶垫。

在本实用新型的一个实施例中，所述缩尺比例为1:20。

得用上述铁路路基主动减隔振模型进行试验的方法包括以下步骤：

S1，施作参照工况，包括以下步骤：

1)在模型试验场地中构筑均质地基；

2)按缩尺比例在所述均质地基上填筑路堤；

3)在所述路堤顶面放置钢筋混凝土刚性板，将加速度振动传感器固定在刚性板指定位置上；

4)在刚性板3的顶面中心区域铺设柔性垫层；

5)将激振系统1平稳地放置于柔性垫层上；

6)将其它加速度振动传感器用AB胶固定在长钉的顶面，再将长钉插入指定位置处的均质地基中，并将传感器留在地面；

S2，所述激振系统施加指定频率的单频简谐激振力，各传感器分别拾取加速度时程数据，对测得的指定频率简谐荷载作用下的不同测点的加速度时域数据进行FFT快速傅里叶变换，得到相应的频域数据，在频域数据中读取激振荷载频率对应的加速度幅值；对获得的各测点的加速度频域数据中与振源频率对应的加速度幅值作归一化处理，将各测点振源频率对应的加速度幅值均除以基准点传感器5与振源频率对应的加速度幅值，形成一条参照工况的振动传播衰减规律曲线；

S3，施作各对比工况，先在地基加固区施作指定型式的模型桩体，然后同参照工况，构筑路堤，铺设柔性垫层，架设激振系统，布置基准点传感器与其它测点传感器；激振系统施加激振力，各传感器拾取振动信号，经过数据处理后，各对比工况分别形成一条对比工况的振动传播衰减规律曲线；

S4，将各对比工况的振动传播衰减规律曲线与参照工况的振动传播衰减规律曲线分别进行对比分析，对不同地基加固型式的铁路路基主动减隔振措施的减隔振效果进行对比，得到减隔振效果最好的地基加固型式。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型所选用的设备/装置简单常见，各结构部件的制作与施工也很方便，不会对试验设备造成破坏，模型试验效果较好，能够对不同路基加固措施的减隔振效果进行对比分析；由于采用了缩尺比例模型，所以显著降低了铁路路基主动减隔振模型试验的投入成本，提高了模型试验的可操作性。

2、本实用新型的铁路路基主动减隔振模型试验装置，在路堤顶面与激振系统底面之间设置刚性板，较大的刚度可以保证将激振系统产生的集中点荷载分散为均布荷载，均匀作用在路堤顶面。

3、在刚性板与激振系统间设置柔性垫层，柔性垫层可起到有效的缓冲作用，避免激振系统工作时强烈且高频的振动导致整个结构失稳。

4、基准点传感器布置在刚性板上，其他测点传感器布置在路堤以外的地面，方便安装和拆卸，且不用直接承受巨大的冲击力，保证试验过程中传感器不被损坏。通过对比分析不同路基加固工况下其他测点与基准点测值的差异，即可得出不同路基加固工况下的主动减隔振效果。

附图说明

图1是本实用新型的铁路路基主动减隔振模型试验装置中对比工况试验装置的结构示意图；

图2是图1中对比工况试验装置的俯视结构示意图；

图3是本实用新型中激振系统的结构示意图。

其中：

1：激振系统 2：柔性垫层 3：刚性板

4：路堤 5：基准点传感器 6：其它测点传感器

7：地表 8：模型桩体 9：均质地基

10：支架 11：连接杆 12：激振器 13：金属弹簧

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的铁路路基主动减隔振模型试验装置的结构进行详细说明。

如图1至图3所示，本实用新型的铁路路基主动减隔振模型试验装置由均质地基9、参照工况试验装置和多个对比工况试验装置组成。

所述参照工况试验装置用于形成参照工况的振动传播衰减规律曲线，包括路堤4、刚性板3、柔性垫层2和激振系统。其中：路堤4按照缩尺比例填筑在均质地基9上，路堤下面的均质地基为加固区；刚性板3放置在路堤4的顶面上；柔性垫层2铺设在刚性板3顶面的中心区域上；激振系统放置在柔性垫层2上，用于施加指定频率的单频简谐激振力；在刚性板3上设置有一基准点；在加固区以外的均质地基9的表面上设置多个测试点。基准点传感器5设置在所述基准点处，其它测点传感器6设置在各个测试点处，用于拾取加速度时程数据。在本实用新型的一个实施例中，所述基准点传感器5和其它测点传感器6均采用加速度振动传感器。

所述对比工况试验装置用于形成参照工况的振动传播衰减规律曲线，每个所述比工况试验装置除具有与所述参照工况试验装置相同的结构外，还包括指定型式的模型桩体，所述模型桩体构筑在所述路堤4下的均质地基9内，即路堤4下的加固区内。

所述激振系统包括支架10、激振器12、连接杆11和四根金属弹簧13，所述支架为正四棱柱体，其顶部和底部边框为正方形；所述激振器12的顶部通过四根金属弹簧与支架顶部边框的四角连接，四根金属弹簧与激振器的连接点沿激振器顶面圆周方向均匀分布；所述连接杆11竖直设置，其顶端与激振器底部中心固定连接，用于将激振器的动圈发出的简谐荷载传至所述刚性板，连接杆的底端与所述柔性垫层紧密接触。

刚性板3可以是钢筋混凝土板、大理石板、钢板等刚度较大的整体板材。柔性垫层2可是均质黏土、胶垫等可起到有效缓冲作用的材料。柔性垫层2可覆盖激振系统支架或激振器底板等局部区域。

本实用新型的铁路路基主动减隔振模型试验装置，在路堤顶面与激振系统底面之间设置刚性板3，较大的刚度可以保证将激振系统产生的集中点荷载分散为均布荷载，均匀地作用在路堤顶面。刚性板3与激振系统1之间设置柔性垫层2，可起到有效的缓冲作用，避免激振系统工作时强烈且高频的振动导致整个结构失稳。基准点传感器5布置在刚性板3上，其他测点传感器6布置在路堤以外的地基面上，可以方便地将传感器固定在刚性板或地表，保证传感器全部位于模型表面，方便安装和拆卸，且不用直接承受巨大的冲击力，保证试验过程中传感器不被损坏。通过对比分析不同路基加固工况下其他测点与基准点测值的差异，即可得出不同路基加固工况下的主动减隔振效果，可以很好地满足模型试验的预期效果，便于对不同路基加固措施的减隔振效果进行对比分析。

本实用新型一个实施例的试验装置的施工方法如下：

选用高能电动式激振器。为使激振器12弹性地固定，使用4根金属弹簧13将激振器12 与支架10进行弹性连接，其中4根金属弹簧13的一端与铁架10的四个角点相连(图中只显示了两根弹簧)，另一端与激振器12的4个连接点相连，这4个连接点沿激振器顶面圆周方向均匀分布；通过M6螺丝制成的连接杆11将激振器12的动圈发出的简谐荷载传至刚性板3，从而将激振器系统1弹性地固定。由于连接杆11较为纤细，为削弱连接杆11底端集中荷载在刚性板3上产生较大的集中应力，导致刚性板3被破坏，可在连接杆11底端设置扩大头等装置以缓冲应力集中效应。为保证激振系统1在较大的高频激振力作用时仍能平稳地运行，可在激振器12顶部放置负重，这样即便是高频，也可以输出较大的激振力。综上，形成激振系统1。

在模型试验场地中构筑均质地基9，剔除其中的大块杂质，使土质均匀，避免大块杂质对振动波传播的干扰。

先测试参照工况，即无任何路基加固措施时的工况：在计划的加固区的地表区域填筑路堤4，由于采用了缩尺模型(例如：1:20)，路堤体量较小，难以保证足够的压实度，路堤4 顶面土体较为松散，基准点传感器5无法固定在路堤顶面，故在路堤4顶面放置钢筋混凝土刚性板3，可以方便地将基准点传感器5固定在刚性板3上；在刚性板3的顶面中心区域(区域大小略大于激振系统1的底面)铺设由均质黏土构成的柔性垫层2，为避免连接杆11底端扩大头会因为底面不平整而晃动，需将柔性垫层2的均质黏土整平。再将激振系统1平稳地放置于柔性垫层2的顶面、刚性板3顶面的中心区域。在顶面的指定位置(例如，刚性板3边缘无柔性垫层2处)放置基准点传感器5，用AB胶将基准点传感器5与刚性板3固定；在加固区以外的地表7放置其他测点传感器6，将各传感器6用AB胶固定在长钉的顶面，然后再将长钉插入指定位置处的地基9中，并将传感器6留在地面，保证传感器6与地表7相互固定。最后，激振系统施加指定频率的单频简谐激振力，各传感器5和6拾取加速度时程数据，对测得的指定频率简谐荷载作用下的不同测点的加速度时域数据进行FFT快速傅里叶变换，得到相应的频域数据，在频域数据中读取激振荷载频率对应的加速度幅值。由于所用设备没有对输出功率精确定量控制的途径，另外柔性垫层2在反复激振荷载作用下，会出现与连接杆11底部扩大头接触不紧密、甚至脱离的情况，使得实际作用于刚性板上的振源荷载大小难以控制，并且也难以准确获得其实际的荷载大小，故对前面获得的各测点加速度频域数据中与振源频率对应的加速度幅值作归一化处理，将各测点振源频率对应的加速度幅值均除以基准点传感器5与振源频率对应的加速度幅值，最终形成一条参照工况的振动传播衰减规律的曲线。

接下来施作各对比工况，先按照试验计划，在地基加固区施作指定型式的模型桩体8，然后同参照工况，构筑路堤3，铺设柔性垫层2，架设激振系统1，布置基准点传感器5与其他测点传感器6，最后激振系统施加激振力，各传感器5和6拾取振动信号，经过数据处理后形成一条对比工况的振动传播衰减规律的曲线，将其与参照工况的振动传播衰减规律的曲线进行对比分析，对不同地基加固型式的铁路路基主动减隔振措施的减隔振效果进行研究。

这一简易的铁路路基主动减隔振模型试验装置，所选用的设备装置简单常见，各结构部件的制作与施工也很方便，不会对试验设备造成破坏，并且可以很好地满足模型试验的预期效果，对不同路基加固措施的减隔振效果进行对比分析。

Claims (8)

1.一种铁路路基主动减隔振模型试验装置，其特征在于：由均质地基、参照工况试验装置和多个对比工况试验装置组成，

所述参照工况试验装置用于形成参照工况的振动传播衰减规律曲线，包括路堤、刚性板、柔性垫层和激振系统，其中：

所述路堤按缩尺比例填筑在所述均质地基上，路堤下面的均质地基为加固区；

所述刚性板放置在所述路堤的顶面上；

所述柔性垫层铺设在刚性板顶面的中心区域上；

所述激振系统放置在所述柔性垫层上，用于施加指定频率的单频简谐激振力；

在所述刚性板上设置有一基准点；在所述加固区以外的地基表面上设置有多个测试点，在所述基准点和每个测试点处各设置一加速度振动传感器，用于拾取加速度时程数据；

所述对比工况试验装置用于形成参照工况的振动传播衰减规律曲线，每个所述比工况试验装置除具有与所述参照工况试验装置相同的结构外，还包括指定型式的模型桩体，所述模型桩体构筑在所述加固区内。

2.根据权利要求1所述的铁路路基主动减隔振模型试验装置，其特征在于：所述激振系统包括支架、激振器、连接杆和四根金属弹簧，

所述支架为正四棱柱体，其顶部和底部边框为正方形；

所述激振器的顶部通过四根金属弹簧与支架顶部边框的四角连接，四根金属弹簧与激振器的连接点沿激振器顶面圆周方向均匀分布；

所述连接杆竖直设置，其顶端与激振器底部中心固定连接，用于将激振器的动圈发出的简谐荷载传至所述刚性板，连接杆的底端与所述柔性垫层紧密接触。

3.根据权利要求2所述的铁路路基主动减隔振模型试验装置，其特征在于：所述连接杆的底端设置有扩大头，所述扩大头与所述柔性垫层紧密接触。

4.根据权利要求2所述的铁路路基主动减隔振模型试验装置，其特征在于：所述激振器顶部放置有负重。

5.根据权利要求1所述的铁路路基主动减隔振模型试验装置，其特征在于：所述测试点处的各加速度振动传感器分别固定在一长钉的顶面，所述长钉插入指定位置处的地基中，各传感器位于地面上。

6.根据权利要求1所述的铁路路基主动减隔振模型试验装置，其特征在于：所述刚性板为钢筋混凝土板、大理石板或钢板。

7.根据权利要求1所述的铁路路基主动减隔振模型试验装置，其特征在于：所述柔性垫层为均质黏土层或胶垫。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的铁路路基主动减隔振模型试验装置，其特征在于：所述缩尺比例为1:20。

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