一种有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳试验装置，包括试验结构、加载系统和测试系统；所述试验结构包括正交异性桥面板局部足尺模型、铺装层、5根轨枕、扣件、道砟、2条钢轨和2根分载梁；所述2根分载梁分别对称放置于2条钢轨之上；加载系统作用于2根分载梁上；沿所述正交异性桥面板局部足尺模型的中线对称布置有若干个应变片和若干个位移计，测试系统对所述应变片和位移计的测量数据进行数据采集和处理。本实用新型专利技术针对铁路道砟桥面铺装特有的构造特点，就道砟对铺装的竖向刺穿疲劳作用，设计了有效的试验方案进行验证。

Ballast fatigue test device for flexible bridge deck pavement of ballast railway steel bridge

The utility model relates to a ballastling fatigue test device for ballastballed railway steel bridge flexible bridge deck pavement, including the test structure, loading system and test system. The test structure includes the local full scale model of the orthotropic bridge deck, the pavement layer, 5 sleepers, fasteners, ballastings, 2 rail and 2 loading beams; the 2 loads are divided. The beams are placed symmetrically on 2 rails, and the loading system acts on the 2 loading beams, and some strain gauges and several displacement meters are arranged in the middle line of the local full scale model of the orthotropic bridge panel. The measurement data of the strain gauge and the displacement meter are collected and processed by the test system. In view of the special structural characteristics of the railway ballastballast deck pavement, the utility model has designed an effective test scheme to verify the vertical piercing fatigue of the pavement.

【技术实现步骤摘要】
一种有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳试验装置
本技术涉及一种有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳试验装置。
技术介绍
通过分析国内主要的钢桥面铺装研究成果，从选用的材料角度出发，我国铁路桥面铺装防护体系主要有以下几种：混凝土防护体系，其应用代表为武汉天兴洲公铁两用大桥和南京大胜关长江大桥；环氧沥青混凝土铁路桥面防护体系，其应用代表为东新赣江特大桥；浇筑式沥青混凝土铁路桥面防护体，其的应用代表为铜陵公铁两用大桥。商合杭铁路芜湖长江公铁大桥经调研和理论分析，拟采用“冷拌树脂沥青混凝土(RA)+树脂沥青粘结层+环氧粘结碎石层(EBCL)+钢桥面”的铁路桥面铺装形式，简称ER铺装。ER铺装主要原材料环氧树脂等为高分子化学材料，其EBCL环氧粘结碎石层可有效解决铺装层抗剪问题；采用冷拌树脂沥青混合料，耐高温、耐水损、耐疲劳性能好，但由于受到恶劣的自然环境和运营条件的影响，实际运营中往往出现开裂、鼓起、脱落等现象。相比较公路铺装，铁路铺装受道砟的保护，不受阳光的辐射、雨水侵蚀等，且铁路桥面由于道砟的扩散作用所受应力较小，铁路桥面铺装使用寿命应高于公路桥面铺装。国内外虽有铁路桥面铺装的应用，但却没有行之有效的试验方法或装置来验证有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳的疲劳性能，为钢桥柔性桥面铺装应用于有砟铁路上提供理论支撑。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术的目的在于提供一种有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳试验装置，对新型有砟铁路桥面铺装进行材料和力学性能试验以及结构验证试验提供了有效途径。本技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳试验装置，包括试验结构、加载系统和测试系统；所述试验结构包括正交异性桥面板局部足尺模型、铺装层、5根轨枕、扣件、道砟、2条钢轨和2根分载梁；所述正交异性桥面板局部足尺模型上方铺设有铺装层；所述2条钢轨和扣件将相邻5根轨枕连接成整体，且设置于铺装层上方；所述轨枕与铺装层之间、轨枕之间均填充有道砟；所述2根分载梁分别对称放置于2条钢轨之上；加载系统作用于2根分载梁上；沿所述正交异性桥面板局部足尺模型的中线对称布置有若干个应变片和若干个位移计，测试系统对所述应变片和位移计的测量数据进行数据采集和处理。进一步的，所述道砟厚度为35cm，所述道砟两侧采用道砟挡板封闭。进一步的，所述铺装层为ER铺装形式，厚度为3.3cm，铺装面积3.5m×2.8m。进一步的，所述钢轨和扣件的均采用规格为75kg/m的重载铁路用钢轨和配套扣件。进一步的，所述轨枕为高速铁路重型轨道III型混凝土轨枕，轨枕间距为0.6m。进一步的，所述加载系统采用50t加载试验机，加载频率在2～4Hz之间。本技术的有益效果为：本技术针对铁路道砟桥面铺装特有的构造特点，就道砟对铺装的竖向刺穿疲劳作用，设计试验方案进行验证。本技术的核心专利技术点在于试件设计和加载装置设计上。通过采用正交异性桥面板足尺模型，有效模拟了在高速列车轮轴竖向循环作用下，验证桥面铺装层是否出现局部凸起、凹陷、磨损、刺穿和破碎。且试验发现：在高速列车轴重作用下，ER铺装具有较好的耐刺穿疲劳特性。附图说明图1为本技术所述试样装置的结构示意图；图2为本技术所述正交异性桥面板局部足尺模型的截面图；图3为本技术所述正交异性桥面板局部足尺模型的侧面图；图4为本技术所述正交异性桥面板局部足尺模型的平面图；图5为本技术所述正交异性桥面板局部足尺模型上应力测点布置图；图6本技术所述正交异性桥面板局部足尺模型上位移测点布置图；其中，1-正交异性桥面板局部足尺模型，2-轨枕，3-分载梁，4-钢轨，5-加载试验机，6-道砟。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术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用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，本技术提供一种有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳试验装置，包括试验结构、加载系统和测试系统。所述试验结构包括正交异性桥面板局部足尺模型1、铺装层、5根轨枕2、扣件、道砟6、2条钢轨4和2根分载梁3。所述正交异性桥面板局部足尺模型1上方铺设有铺装层；所述2条钢轨4和扣件将相邻5根轨枕2连接成整体，且设置于铺装层上方；所述轨枕2与铺装层之间、轨枕2之间均填充有道砟6；所述2根分载梁3分别对称放置于2条钢轨4之上。加载系统作用于2根分载梁3上，即列车轴重荷载作用于分载梁3上。如图5、6所示，沿所述正交异性桥面板局部足尺模型1的中线对称布置有若干个应变片和若干个位移计，测试系统对所述应变片和位移计的测量数据进行数据采集和处理。所述道砟6厚度为35cm，所述道砟6两侧采用道砟挡板封闭。道砟挡板的设置避免了梁端与道砟相对位移的产生，从而大大降低了道砟对铺装的磨耗作用。所述铺装层为ER铺装形式，即采用“30mm冷拌树脂沥青混凝土(RA)+树脂沥青粘结层(0.4-0.6kg/m3)+环氧粘结碎石层(EBCL)(0.9-1.1kg/m3)+钢桥面”的铁路桥面铺装形式，其中所述钢桥面采用喷砂除锈(Sa2.5，粗糙度达到Rz80～100μm)。所述ER铺装厚度为3.3cm，铺装面积3.5m×2.8m。所述钢轨4和扣件的均采用规格为75kg/m的重载铁路用钢轨和配套扣件。所述轨枕2为高速铁路重型轨道III型混凝土轨枕，轨枕间距为0.6m。5根轨枕沿两横梁跨中纵向对称分布。所述加载系统采用50t加载试验机5，加载频率在2～4Hz之间。本实施例中，分别建立节段钢箱梁有限元模型和试验试件有限元模型，在相同加载位置，相同荷载量值的条件下，分析其受力状态：相对位移和局部应力分布。调整试验试件有限元模型，使试验试件有限元模型的受力状态与节段钢箱梁有限元模型的受力状态基本一致。所述正交异性桥面板局部足尺模型中：桥面板厚度为16mm；闭口U型肋尺寸300mm×300mm×8mm，U型肋间距600mm。两倒T型大纵梁，腹板高722mm，厚16mm，下翼宽300mm，厚16mm。所述正交异性桥面板局部足尺模型总体高度1.032m，长度3.658m，宽度3.000m。桥面铺装疲劳加载方案如下：按照高速客运列车轴重170kN，考虑冲击系数1.5，加载试验机输出荷载下限10kN，荷载上限255kN，加载200万次后清除道砟检查铺装层外观状态。再次装填道砟，装配轨枕、钢轨和扣件以及分载梁，保持相同的荷载输出，继续加载300万次。总共加载500万次。为了掌握试件的受力状态以及加载的准确性，首先进行静载试验，采用逐级加载方式，每级荷载5t，加至30t。由于在跨中加载，两横梁跨中位置受力和竖向位移最大，对跨中位置的应力和竖向位移进行测量。采用日本共和UCAM-60B静态数据采集系统进行数据采集和处理。应变片和位移计沿正交异性桥面板局部足尺模型的中线对称布置，且荷载为对称荷载，测试得到对称位置的应力和位移基本一致，因此加载装置和加载方法是有效可靠的。疲劳试验，加载到200万次前，每隔50万次进行一次静载试验，掌握试验过程中模型的力学状态变化情况。此外由于道砟为离散体，随着加载次数的增加，道砟状态可能会发生变化，导致轨枕的位移发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳试验装置，其特征在于，包括试验结构、加载系统和测试系统；所述试验结构包括正交异性桥面板局部足尺模型(1)、铺装层、5根轨枕(2)、扣件、道砟(6)、2条钢轨(4)和2根分载梁(3)；所述正交异性桥面板局部足尺模型(1)上方铺设有铺装层；所述2条钢轨(4)和扣件将相邻5根轨枕(2)连接成整体，且设置于铺装层上方；所述轨枕(2)与铺装层之间、轨枕(2)之间均填充有道砟(6)；所述2根分载梁(3)分别对称放置于2条钢轨(4)之上；加载系统作用于2根分载梁(3)上；沿所述正交异性桥面板局部足尺模型(1)的中线对称布置有若干个应变片和若干个位移计，测试系统对所述应变片和位移计的测量数据进行数据采集和处理。

【技术特征摘要】
1.一种有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道砟疲劳试验装置，其特征在于，包括试验结构、加载系统和测试系统；所述试验结构包括正交异性桥面板局部足尺模型(1)、铺装层、5根轨枕(2)、扣件、道砟(6)、2条钢轨(4)和2根分载梁(3)；所述正交异性桥面板局部足尺模型(1)上方铺设有铺装层；所述2条钢轨(4)和扣件将相邻5根轨枕(2)连接成整体，且设置于铺装层上方；所述轨枕(2)与铺装层之间、轨枕(2)之间均填充有道砟(6)；所述2根分载梁(3)分别对称放置于2条钢轨(4)之上；加载系统作用于2根分载梁(3)上；沿所述正交异性桥面板局部足尺模型(1)的中线对称布置有若干个应变片和若干个位移计，测试系统对所述应变片和位移计的测量数据进行数据采集和处理。2.根据权利要求1所述的有砟铁路钢桥柔性桥面铺装耐道...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠晓臣，赵欣欣，刘晓光，胡所亭，肖鑫，王丽，左照坤，陈令康，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，中国铁道科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11