一种用于测试预制轨道板强度的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及轨道板测试，特别是一种用于测试预制轨道板强度的试验装置及方法。

背景技术

我国目前处于轨道交通建设快速发展时期，为了提高施工效率和精度，轨道交通有关研究单位和供应商开发了预制轨道板和道岔板。预制轨道板是无砟轨道板预先在轨道板场预制，然后运至现场吊装安装。预制轨道板和道岔板尺寸较小，施工单位可以通过小型吊机较为方便地把其运至施工现场，在调整好各块板的几何位置后，浇筑自密实混凝土即可。这样既保证了轨道板和道岔板的强度和精度，同时也使施工进度大大加快。

预制轨道板有众多优点，但在列车荷载作用下轨道板的位移、混凝土的受力特点尚需进一步试验研究。比如预制轨道板在不利支承和不利荷载条件下的位移、混凝土的应力应变、板的垂向位移，以及在疲劳荷载作用下混凝土的位移计轨道板整体疲劳强度等。这些参数的改变不仅会影响轨道结构的强度、稳定性和使用寿命，也会影响行车的安全性和平稳性。为了解预制轨道板的受力特性和其在车辆荷载作用下的应力水平、静载强度及其疲劳性能，为此需在实验室开展静载和疲劳试验以测试获得在最不利荷载作用下预制轨道板的应变及板顶位移的垂向位移，进而对预制轨道板的强度和稳定性进行综合评价。

现有技术中无法测试预制轨道板在不利支承和不利荷载条件下的位移、混凝土的应力应变、板的垂向位移，以及在疲劳荷载作用下混凝土的位移及轨道板整体疲劳强度等，从而不能了解预制轨道板的受力特性和其在车辆荷载作用下的应力水平、静载强度及其疲劳性能，进而难以对预制轨道板的强度和稳定性进行综合评价。

目前针对预制轨道板静载强度和疲劳强度的测试，仅考虑较为理想的试验条件，而较少涉及在不利支承和不利荷载条件下预制轨道板强度的测试，难以满足对预制轨道板的强度和稳定性的综合评价。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测试预制轨道板强度的试验装置及方法，所述的这种用于测试预制轨道板强度的试验装置及方法要解决现有技术中无法测试预制轨道板在不利支承和不利荷载条件下的位移、混凝土的应力应变、板的垂向位移，以及在疲劳荷载作用下混凝土的位移及轨道板整体疲劳强度的技术问题。

本发明的一种用于测试预制轨道板强度的试验装置，包括一个底座板和一个控制器，底座板的上方设置有两个轨道，轨道的上方设置有一个试验加载机装置，试验加载机装置包括反力架横梁，反力架横梁的两端各垂直连接有一个反力架支柱，反力架横梁的下侧通过连杆连接有一个伺服驱动机，伺服驱动机的驱动端通过一个加载力分配机构与轨道连接，伺服驱动机与加载力分配机构之间设置有一个加载力测量装置，底座板的上方设置有位移监测装置和混凝土应变检测装置，伺服驱动机的控制端、加载力测量装置、位移监测装置、混凝土应变检测装置的输出端均与所述的控制器的输入输出端连接。

进一步的，所述的加载力分配机构包括一个第一横向分配梁，第一横向分配梁的长度方向垂直于轨道的延伸方向。

进一步的，所述的位移检测装置包括第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器、第四激光位移传感器、第五激光位移传感器、第六激光位移传感器，分别设置在底座板上方的左后方、后方、右后方、右前方、前方和左前方。

进一步的，所述的加载力分配机构包括两个间隔设置的第二横向分配梁和一个纵向分配梁，第二横向分配梁的长度方向平行于轨道的延伸方向，纵向分配梁的长度方向平行于轨道的延伸方向，纵向分配梁的两端设置在两个第二横向分配梁上侧。

进一步的，所述的位移检测装置包括第一电感位移传感器、第二电感位移传感器、第三电感位移传感器、第四电感位移传感器、第五电感位移传感器、第六电感位移传感器，分别设置在底座板上方的左后方、后方、右后方、右前方、前方和左前方。

进一步的，所述的加载力测量装置为轴力计。

进一步的，所述的混凝土应变检测装置包括第一应变片、第二应变片、第三应变片、第四应变片、第五应变片、第六应变片，分别设置在底座板上方的左后方、后方、右后方、右前方、前方和左前方。

本发明还提供了利用上述装置实现的一种用于测试预制轨道板强度的测试方法，包括：设定一个荷载范围、一个总加载次数，当加载的次数为总加载次数的25%～37.5%的整数倍的时候，通过位移监测装置记录各个位移测点的动态位移；在利用伺服驱动机每次加载荷载完成后，利用混凝土应变检测装置进行预制轨道板的应变测试，得出各级荷载作用下预制轨道板各测点的应变数据，然后按照下式计算，可以得到各级荷载作用下各测点的应力值；

σ=

式中，σ为应力，单位MPa，受拉为正，受压为负；

本实施例试验结束时，根据预制轨道板的应力变化情况，进而可以得到预制轨道板的疲劳强度。

进一步的，所述的荷载范围为30～180 kN，加载次数400万次，通过位移监测装置记录5～10 分钟各个位移测点的动态位移。。

本发明与现有技术相比，其效果是积极和明显的。本发明的试验方法通过开展单轴和双轴试验测出预制轨道板的静载和疲劳强度，对预制轨道板的强度和稳定性进行综合评估，满足对预制轨道板施加不利支承条件和最不利荷载的试验条件。本发明的试验装置结构设置合理，能够实用长期、稳定、安全、可靠的试验需要，使得操作和检测都更加简单和直观。

附图说明

图1为本发明的一种用于测试预制轨道板强度的试验装置的第一个实施例示意图。

图2为本发明的一种用于测试预制轨道板强度的试验装置的第二个实施例示意图。

图3为本发明的一种用于测试预制轨道板强度的试验装置的第一个实施例的俯视示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本发明并不限制于本实施例，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。本发明中的上、下、前、后、左、右等方向的使用仅为了描述方便，并非对本发明的技术方案的限制。

如图1、图2和图3所示，本发明的一种用于测试预制轨道板强度的试验装置，包括一个底座板203和一个控制器，底座板203的上方设置有两个轨道202，轨道202的上方设置有一个试验加载机装置1，试验加载机装置1包括反力架横梁101，反力架横梁101的两端各垂直连接有一个反力架支柱102，反力架横梁101的下侧通过连杆连接有一个伺服驱动机103，伺服驱动机103的驱动端通过一个加载力分配机构与轨道202连接，伺服驱动机103与加载力分配机构之间设置有一个加载力测量装置104，底座板203的上方设置有位移监测装置3和混凝土应变检测装置4，伺服驱动机103的控制端、加载力测量装置104、位移监测装置3、混凝土应变检测装置4的输出端均与所述的控制器的输入输出端连接。

进一步的，所述的加载力分配机构包括一个第一横向分配梁107，第一横向分配梁107的长度方向垂直于轨道202的延伸方向。

进一步的，所述的位移检测装置3包括第一激光位移传感器301、第二激光位移传感器302、第三激光位移传感器303、第四激光位移传感器304、第五激光位移传感器305、第六激光位移传感器306，分别设置在底座板203上方的左后方、后方、右后方、右前方、前方和左前方。

进一步的，所述的加载力分配机构包括两个间隔设置的第二横向分配梁106和一个纵向分配梁105，第二横向分配梁106的长度方向平行于轨道202的延伸方向，纵向分配梁105的长度方向平行于轨道202的延伸方向，纵向分配梁105的两端设置在两个第二横向分配梁106上侧。

进一步的，所述的位移检测装置3包括第一电感位移传感器、第二电感位移传感器、第三电感位移传感器、第四电感位移传感器、第五电感位移传感器、第六电感位移传感器，分别设置在底座板203上方的左后方、后方、右后方、右前方、前方和左前方。

进一步的，所述的加载力测量装置104为轴力计。

进一步的，所述的混凝土应变检测装置4包括第一应变片401、第二应变片402、第三应变片403、第四应变片404、第五应变片405、第六应变片406，分别设置在底座板203上方的左后方、后方、右后方、右前方、前方和左前方。

具体的，本实施例中的试验加载机装置1、伺服驱动机103、加载力测量装置104、位移监测装置3、混凝土应变检测装置4、激光位移传感器、轴力计、应变片和控制器均采用现有技术中的公知方案，本领域技术人员均已了解，在此不再赘述。

本发明还提供了一种预制轨道板强度测试的试验方法，可以测试在单轴和双轴加载条件下预置轨道板2的位移、混凝土的应变，以此获得预制轨道板2的静载和疲劳强度。

伺服驱动机103所施加的荷载大小由轴力计104控制；在不同加载条件下，通过位移监测装置3和混凝土应变监测装置4测试试验数据，评估预制轨道板2的静载强度和疲劳强度。位移监测装置3和混凝土应变监测装置4均安装在预制轨道板2上。

在某些实施例中，预制轨道板2由轨道板、钢轨202、弹性扣件、细砂层和底座板203构成；细砂层置于底座板203上，厚度为30～50 mm；轨道板置于细砂层上侧，以此保证试验室板底荷载均匀分布；

根据本发明技术方案及其在某些实施例中进一步改进的技术方案，本发明能够进行预制轨道板2的静载强度和疲劳强度测试试验，具有在复杂支承条件和加载条件开展试验的优点。

第一个实施例：如图1所示，进行第一个疲劳试验，采用单轴加载方式，荷载范围为30～180 kN，总加载次数为400万次。每加载约100～150 万次，通过位移监测装置3记录5～10 分钟各个位移测点的动态位移；利用伺服驱动机103加载荷载完成后，利用混凝土应变检测装置4对预制轨道板2的应变测试，利用混凝土应变检测装置4可以得出各级荷载作用下预制轨道板2各测点的应变数据，然后按照下式计算，可以得到各级荷载作用下各测点的应力值；

σ=

式中，σ为应力，单位MPa，受拉为正，受压为负；

本实施例试验结束时，根据预制轨道板2的应力变化情况，进而可以得到预制轨道板2的疲劳强度。

第二个实施例：如图2所示，第二个实施例与第一个实施例的不同之处在于加载力分配机构，通过两个第二横向分配梁106和一个纵向分配梁105将施加的荷载分配到对应的两个位置，实现双轴加载。

本例位移测点布置与实施例1相同，不同之处在于位移测量装置3采用电感位移传感器。

本例试验前需对预制轨道板2预压至320 kN两次，满足两次在荷载320 kN采用的数据误差小于5%的条件下，再开展试验。

本例考虑了实际情况下钢轨、车轮的不平顺等原因使得车辆在运行时产生的动态轮轨力远远大于静态轮轴力，为考虑最不利荷载条件下预制轨道板2的承载能力，为此荷载加载分别按轴重1.0、1.5、2.0、2.5、3.0倍取值，则双轴加载的荷载分级为320、480、640、960kN，共计4种加载工况：

工况一：0、160、320 kN；

工况二：0、160、320、480 kN；

工况三：0、160、320、480、640 kN；

工况四：0、160、320、480、640、720、800、880、960、1040 kN；直至混凝土开裂某条裂纹宽度达0.2 mm，如无裂纹，试验也结束。

本例试验时，每种工况试验两次，如两次数据重复良好，进入下一工况测试，否则做三次。

本例试验时，每次加载荷2分钟后连续采集（不少于）3次数据，将3次采集的数据取平均作为测试结果。

本例试验结束时，预制轨道板2的应力可按上述实施例1的公式计算得到，以此作为预制轨道板2静载强度的评估。

本发明的试验方法通过开展单轴和双轴试验测出预制轨道板的静载和疲劳强度，对预制轨道板的强度和稳定性进行综合评估，满足对预制轨道板施加不利支承条件和最不利荷载的试验条件。本发明的试验装置结构设置合理，能够实用长期、稳定、安全、可靠的试验需要，使得操作和检测都更加简单和直观。