專利名稱：高速鐵路板式無砟軌道ca砂漿的抗疲勞試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置。
背景技術：
隨國民經(jīng)濟快速發(fā)展，我國將建設四縱四橫客運專線高速鐵路網(wǎng)，設計時速最高達350 km/h以上。為提高列車高速運行穩(wěn)定性和安全性，減少軌道維護工作量，國外發(fā)展多種形式無砟軌道，其中板式軌道是技術最為成熟軌道之一，在發(fā)達國家高鐵上大量鋪設已成發(fā)展趨勢，其特點是在路基上鋪設混凝土底座，底座上放置預制軌道板，其間預留 40 50mm空隙，中間灌注水泥浙青砂漿(cement asphalt motar, CA砂漿)，固化后形成兼具一定剛性和彈性的填充墊層，具支承預制軌道板，為軌道提供必要強度和彈性的重要作用，是板式無砟軌道結構中彈性調整層關鍵組成部分，也是板式軌道核心技術之一。目前，國內將板式無砟軌道分為CRTS I型和CRTS II型，相應的所用水泥乳化浙青砂漿稱為CRTS I型板式無砟軌道CA砂漿和CRTS II型板式無砟軌道CA砂漿。鐵道部科技司已發(fā)布兩種軌道形式的CA砂漿暫行技術條件，其中也包括了硬化CA砂漿的耐久性要求及其測試方法。CRTS I型板式無砟軌道CA砂漿的耐久性要求主要包括抗凍性和抗老化性能，CRTS II型板式無砟軌道CA砂漿的耐久性要求則包括抗凍性和抗疲勞性能。然而， 研究發(fā)現(xiàn)，由于CA砂漿中的浙青為憎水性材料，CA砂漿失水后再次吸水飽和的可能性很小，而CA砂漿與外界并非完全處于絕濕條件下，其失水的可能性很大，因此，實際工程中的 CA砂漿性能劣化并非是由于受凍所引起，而是在荷載和高頻振動作用下CA砂漿受到的動態(tài)疲勞所致，但CRTS I型板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞性能并未引起足夠的重視。CRTS II型板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞性能測試則是在低頻作用下進行的，其振動頻率僅為 5Hz，而高速列車在以350km/h的速度高速行駛時，其對軌道、軌道板及其CA砂漿產(chǎn)生的振動頻率遠大于5Hz，因此，該疲勞試驗無法得到CA砂漿的實際抗疲勞性能。此外，該試驗方法也未考慮溫度變化對CA砂漿疲勞性能的影響。
發(fā)明內容
為克服現(xiàn)有技術的上述缺點，本發(fā)明提供了一種在溫度、荷載和高頻振動的復合影響下對高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿進行抗疲勞試驗的裝置。高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置，包括底座，所述的底座上設有對試件施加荷載的反力裝置，對試件施加振動影響的振動臺，和對試件施加溫度影響的高低溫試驗箱；
所述的反力裝置包括兩根垂直地固定于底座上的導桿，架設于兩導桿之間的反力橫梁和加載橫梁；所述的反力橫梁和加載橫梁均與所述的導桿可滑動連接，所述的加載橫梁位于反力橫梁之上，所述的加載橫梁與反力橫梁之間設有千斤頂；
所述的高低溫試驗箱設置于所述的反力橫梁與振動臺之間，所述的反力橫梁與高低溫試驗箱之間設有壓力傳感器，所述的壓力傳感器的上端通過第一定長桿與所述的反力橫梁固接，所述的壓力傳感器的下端固接第二定長桿，所述的第二定長桿插入所述的高低溫試驗箱內部，所述的第二定長桿的自由端固接一與試件接觸的上承壓板；
所述的振動臺上設有插入所述的高低溫試驗箱內部的支撐桿，所述的支撐桿的自由端固接一承載試件的下承壓板。進一步，所述振動臺受控于振動控制器，所述的高低溫試驗箱受控于試驗箱控制器，所述的試驗箱控制器包括控制試驗箱內溫度的溫控模塊和控制高低溫循環(huán)時間的時間控制模塊；所述的振動控制器和試驗箱控制器均受控于一計時器，所述的計時器預設有工作時間、且當試驗裝置的實際工作時間到達預設時間時即關閉所述的振動控制器和試驗箱控制器。所述的壓力傳感器與一壓力顯示器連接。進一步，所述的壓力傳感器為S型壓力傳感器，所述的振動臺為電磁振動臺。進一步，所述的反力橫梁和加載橫梁的兩端均設有套接于所述的導桿上的通孔， 所述的通孔的上下兩端均設有鎖緊螺母，所述的導桿上設有與所述的鎖緊螺母嚙合的螺紋，所述的通孔被夾緊于兩鎖緊螺母之間。進一步，所述的振動臺上固定有支架，所述的支撐桿垂直地固定于所述的支架上。進一步，所述的底座上設有支撐所述的高低溫試驗箱的機臺，所述的機臺包括均勻布置的多根混凝土立柱和架設于立柱上的支撐板。本發(fā)明的技術構思是通過振動臺提供頻率為廣400HZ的振動信號，高低溫試驗箱提供-2(T50°C的溫度，反力裝置加載(Γ4000Ν的載荷。試件置于上、下承壓板之間，通過調節(jié)反力橫梁的位置、使上承壓板與試件接觸。再通過千斤頂對反力橫梁施加載荷直到試件所受的實際載荷到達預定載荷；試件位于高低溫試驗箱內部，因此可通過調節(jié)高低溫試驗箱內部的溫度即可對試件施加溫度影響；承載試件的下承壓板和支撐桿與電磁振動臺連接，因此通過電磁振動臺即可對試件施加振動影響。當試驗裝置工作到預設時間后，計時器使裝置停止工作，即可將試件取出，對經(jīng)疲勞試驗后的試件進行測試，再與未經(jīng)疲勞試驗的試件性能比對，即可獲得試件的抗疲勞性能。本發(fā)明采用高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿CA砂漿作為試件，其采用的試驗方法步驟如下
(1)成型Φ50 X 50mm高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿CA砂漿試件4組，共12 20個試件，標準養(yǎng)護至^d;
(2)預先設置振動頻率、溫度變化范圍、溫度保持時間與循環(huán)次數(shù)；
(3)將一組CA砂漿試件繼續(xù)保持在標準養(yǎng)護條件下進行標準養(yǎng)護，將待測試CA砂漿試件安放在下承壓板和上承壓板之間，CA砂漿試件與CA砂漿試件之間用強度等級在 C40以上、厚度為l(T30mm、直徑為5(Tl00mm的圓柱體混凝土塊或厚度為l(T30mm、邊長為 5(Tl00mm的長方體混凝土塊隔開；
(4)調整上承壓板與試件接觸，采用千斤頂加載至預定荷載，旋轉螺母固定反力橫梁， 使S型壓力傳感器顯示裝置顯示讀數(shù)達到預定加載值；
(5)開啟CA砂漿抗疲勞試驗裝置開關，至疲勞總時間到達后，試驗裝置自動關閉；
(6)取出CA砂漿試件，在20°C標準養(yǎng)護室內放置Mh，使試件溫度達到20°C，然后根據(jù) 《客運專線CRTS I型無砟軌道水泥乳化浙青砂漿暫行技術條件》測試經(jīng)疲勞試驗后的CA砂漿強度和彈性模量。同時測定標準養(yǎng)護至同齡期的CA砂漿試件強度與彈性模量。(7)根據(jù)經(jīng)疲勞試驗與未經(jīng)疲勞試驗后的CA砂漿強度和彈性模量的比值評定CA 砂漿的抗疲勞性能。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在該試驗方法既可綜合考慮溫度、荷載和高頻振動等多因素復合的疲勞作用對試件性能的影響，也可考慮單因素疲勞作用對試件性能的影響。
圖1是本發(fā)明的正視圖。圖2是本發(fā)明的正視剖面圖。圖3是本發(fā)明的側視圖。圖4是本發(fā)明的側視剖面圖。圖5是反力橫梁的通孔與導桿連接的示意圖。
具體實施例方式參照附圖，進一步說明本發(fā)明
高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置，包括底座1，所述的底座1上設有對試件施加荷載的反力裝置，對試件施加振動影響的振動臺2，和對試件施加溫度影響的高低溫試驗箱4 ；
所述的反力裝置包括兩根垂直地固定于底座上的導桿6，架設于兩導桿6之間的反力橫梁7和加載橫梁8 ；所述的反力橫梁7和加載橫梁8均與所述的導桿6可滑動連接，所述的加載橫梁8位于反力橫梁7之上，所述的加載橫梁8與反力橫梁7之間設有千斤頂9 ；
所述的高低溫試驗箱4設置于所述的反力橫梁7與振動臺2之間，所述的反力橫梁7 與高低溫試驗箱4之間設有壓力傳感器9，所述的壓力傳感器9的上端通過第一定長桿18 與所述的反力橫梁7固接，所述的壓力傳感器9的下端固接第二定長桿19，所述的第二定長桿19插入所述的高低溫試驗箱4內部，所述的第二定長桿19的自由端固接一與試件接觸的上承壓板10 ；
所述的振動臺2上設有插入所述的高低溫試驗箱4內部的支撐桿20，所述的支撐桿20 的自由端固接一承載試件的下承壓板3。所述振動臺2受控于振動控制器13，所述的高低溫試驗箱4受控于試驗箱控制器， 所述的試驗箱控制器包括控制試驗箱內溫度的溫控模塊14和控制高低溫循環(huán)時間的時間控制模塊16 ；所述的振動控制器13和試驗箱控制器均受控于一計時器15，所述的計時器 15預設有工作時間、且當試驗裝置的實際工作時間到達預設時間時即關閉所述的振動控制器和試驗箱控制器。所述的壓力傳感器9與一壓力顯示器17連接。所述的壓力傳感器9為S型壓力傳感器，所述的振動臺2為電磁振動臺。所述的反力橫梁7和加載橫梁8的兩端均設有套接于所述的導桿6上的通孔，所述的通孔的上下兩端均設有鎖緊螺母21，所述的導桿6上設有與所述的鎖緊螺母21嚙合的螺紋，所述的通孔被夾緊于兩鎖緊螺母21之間。所述的振動臺2上固定有支架23，所述的支撐桿20垂直地固定于所述的支架23上。所述的底座1上設有支撐所述的高低溫試驗箱4的機臺12，所述的機臺包括均勻布置的多根混凝土立柱和架設于立柱上的支撐板。本發(fā)明的技術構思是通過振動臺提供頻率為廣400HZ的振動信號，高低溫試驗箱提供-2(T50°C的溫度，反力裝置加載(Γ4000Ν的載荷。試件置于上、下承壓板之間，通過調節(jié)反力橫梁的位置、使上承壓板與試件接觸。再通過千斤頂對反力橫梁施加載荷直到試件所受的實際載荷到達預定載荷；試件位于高低溫試驗箱內部，因此可通過調節(jié)高低溫試驗箱內部的溫度即可對試件施加溫度影響；承載試件的下承壓板和支撐桿與電磁振動臺連接，因此通過電磁振動臺即可對試件施加振動影響。當試驗裝置工作到預設時間后，計時器使裝置停止工作，即可將試件取出，對經(jīng)疲勞試驗后的試件進行測試，再與未經(jīng)疲勞試驗的試件性能比對，即可獲得試件的抗疲勞性能。本發(fā)明采用高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿作為試件，其采用的試驗方法步驟如下
(1)成型Φ50 X 50mm高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿試件4組，共12 20個試件，標準養(yǎng)護至28d ；
(2)預先設置振動頻率、溫度變化范圍、溫度保持時間與循環(huán)次數(shù)；
(3)將一組CA砂漿試件繼續(xù)保持在標準養(yǎng)護條件下進行標準養(yǎng)護，將待測試CA砂漿試件安放在下承壓板和上承壓板之間，CA砂漿試件與CA砂漿試件之間用強度等級在 C40以上、厚度為l(T30mm、直徑為5(Tl00mm的圓柱體混凝土塊或厚度為l(T30mm、邊長為 5(Tl00mm的長方體混凝土塊隔開；
(4)調整上承壓板與試件接觸，采用千斤頂加載至預定荷載，旋轉螺母固定反力橫梁， 使S型壓力傳感器顯示裝置顯示讀數(shù)達到預定加載值；
(5)開啟CA砂漿抗疲勞試驗裝置開關，至疲勞總時間到達后，試驗裝置自動關閉；
(6)取出CA砂漿試件，在20°C標準養(yǎng)護室內放置Mh，使試件溫度達到20°C，然后根據(jù) 《客運專線CRTS I型無砟軌道水泥乳化浙青砂漿暫行技術條件》測試經(jīng)疲勞試驗后的CA砂漿強度和彈性模量。同時測定標準養(yǎng)護至同齡期的CA砂漿試件強度與彈性模量。(7)根據(jù)經(jīng)疲勞試驗與未經(jīng)疲勞試驗后的CA砂漿強度和彈性模量的比值評定CA 砂漿的抗疲勞性能。實施例2
成型CRTS II型板式無砟軌道CA砂漿Φ 50 X 50mm試件16個，標準養(yǎng)護28d后，取出其中8個安裝于上承壓板和下承壓板之間，試件之間采用50X50X10mm混凝土塊間隔。進行參數(shù)設置時，其振動頻率為50Hz，施加荷載為1000N，溫度制度為Ih內邊高頻振動邊升溫至50°C，在50°C下繼續(xù)高頻振動4h，再在他內邊高頻振動邊降溫至-12°C，然后在_12°C 下繼續(xù)高頻振動4h，如此反復循環(huán)。經(jīng)振動疲勞沈3 h后，將CA砂漿試件置于20°C標準養(yǎng)護室內放置Mh，然后測定強度和彈性模量，同時測定標準養(yǎng)護條件下的同齡期養(yǎng)護試件的強度和彈性模量。經(jīng)測定，未經(jīng)疲勞實驗和經(jīng)疲勞實驗后的CA砂漿試件的強度分別為8. 9 MPa和10. 4 MPa，彈性模量分別為1560MPa和2582 MPa。實施例3
成型板式無砟軌道CRTS I型板式無砟軌道CA砂漿Φ 50 X 50mm試件20個，標準養(yǎng)護28d后，取出其中10個安裝于上承壓板和下承壓板之間，試件之間采用70 X 70 X IOmm混凝土塊間隔。進行參數(shù)設置時，其振動頻率為50Hz，施加荷載為1000N，溫度制度為Ih內邊高頻振動邊升溫至50°C，在50°C下繼續(xù)高頻振動4h，再在他內邊高頻振動邊降溫至_12°C， 然后在-12°C下繼續(xù)高頻振動4h，如此反復循環(huán)。經(jīng)振動疲勞沈3 h后，將CA砂漿試件置于 20°C標準養(yǎng)護室內放置Mh，然后測定強度和彈性模量，同時測定標準養(yǎng)護條件下的同齡期養(yǎng)護試件的強度和彈性模量。經(jīng)測定，未經(jīng)疲勞實驗和經(jīng)疲勞實驗后的CA砂漿試件的強度分別為4. 3MPa和5. 6MPa,彈性模量分別為1337 MPa和1960 MPa。實施例4
成型CRTS II型板式無砟軌道CA砂漿Φ 50 X 50mm試件12個，標準養(yǎng)護28d后，取出其中6個安裝于上承壓板和下承壓板之間，試件之間采用100X 100X20mm混凝土塊間隔。 進行參數(shù)設置時，其振動頻率為50 Hz，施加荷載為500N，溫度為保持恒溫35°C，振動疲勞試驗時間為48h。在35°C下振動疲勞M8 h后，將CA砂漿試件置于20°C標準養(yǎng)護室內放置Mh，然后測定強度和彈性模量，同時測定標準養(yǎng)護條件下的同齡期養(yǎng)護試件的強度和彈性模量。經(jīng)測定，未經(jīng)疲勞實驗和經(jīng)疲勞實驗后的CA砂漿試件的強度分別為16.6 MI^a和 17. 0 MPa，彈性模量分別為4396 MPa和5056 MPa。實施例5
成型板式無砟軌道CRTS I型板式無砟軌道CA砂漿Φ 50 X 50mm試件12個，標準養(yǎng)護 28d后，取出其中6個安裝于上承壓板和下承壓板之間，試件之間采用Φ 100 X 20mm混凝土塊間隔。進行參數(shù)設置時，其振動頻率為100Hz，施加荷載為500N，溫度制度為邊高頻振動邊升溫至40°C，在40°C下繼續(xù)高頻振動4h，再邊高頻振動邊降溫至-10°C，然后在-10°C下繼續(xù)高頻振動4h，如此反復循環(huán)。經(jīng)振動疲勞960 h后，將CA砂漿試件置于20°C標準養(yǎng)護室內放置Mh，然后測定強度和彈性模量，同時測定標準養(yǎng)護條件下的同齡期養(yǎng)護試件的強度和彈性模量。經(jīng)測定，未經(jīng)疲勞實驗和經(jīng)疲勞實驗后的CA砂漿試件的強度分別為3. 8 MPa和5. 9 MPa，彈性模量分別為749 MPa和洸85 MPa。實施例6
成型板式無砟軌道CRTS 11型板式無砟軌道CA砂漿Φ 50 X 50mm試件16個，標準養(yǎng)護 28d后，取出其中6個安裝于上承壓板和下承壓板之間，試件之間采用Φ80Χ20πιπι混凝土塊間隔。進行參數(shù)設置時，其振動頻率為150Hz，施加荷載為4000Ν，溫度制度為邊高頻振動邊升溫至40°C，在40°C下繼續(xù)高頻振動4h，再邊高頻振動邊降溫至0°C，然后在0°C下繼續(xù)高頻振動4h，如此反復循環(huán)。經(jīng)振動疲勞720 h后，將CA砂漿試件置于20°C標準養(yǎng)護室內放置Mh，然后測定強度和彈性模量，同時測定標準養(yǎng)護條件下的同齡期養(yǎng)護試件的強度和彈性模量。經(jīng)測定，未經(jīng)疲勞實驗和經(jīng)疲勞實驗后的CA砂漿試件強度分別為19.8 MI^a和 23. 2 MPa，彈性模量分別為4785 MPa和6432 MPa。本說明書實施例所述的內容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求
1.高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置，其特征在于包括底座，所述的底座上設有對試件施加荷載的反力裝置，對試件施加振動影響的振動臺，和對試件施加溫度影響的高低溫試驗箱；所述的反力裝置包括兩根垂直地固定于底座上的導桿，架設于兩導桿之間的反力橫梁和加載橫梁；所述的反力橫梁和加載橫梁均與所述的導桿可滑動連接，所述的加載橫梁位于反力橫梁之上，所述的加載橫梁與反力橫梁之間設有千斤頂；所述的高低溫試驗箱設置于所述的反力橫梁與振動臺之間，所述的反力橫梁與高低溫試驗箱之間設有壓力傳感器，所述的壓力傳感器的上端通過第一定長桿與所述的反力橫梁固接，所述的壓力傳感器的下端固接第二定長桿，所述的第二定長桿插入所述的高低溫試驗箱內部，所述的第二定長桿的自由端固接一與試件接觸的上承壓板；所述的振動臺上設有插入所述的高低溫試驗箱內部的支撐桿，所述的支撐桿的自由端固接一承載試件的下承壓板。
2.如權利要求1所述的高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置，其特征在于所述振動臺受控于振動控制器，所述的高低溫試驗箱受控于試驗箱控制器，所述的試驗箱控制器包括控制試驗箱內溫度的溫控模塊和控制高低溫循環(huán)時間的時間控制模塊；所述的振動控制器和試驗箱控制器均受控于一計時器，所述的計時器預設有工作時間、且當試驗裝置的實際工作時間到達預設時間時即關閉所述的振動控制器和試驗箱控制器；所述的壓力傳感器與一壓力顯示器連接。
3.如權利要求1或2所述的高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置，其特征在于所述的壓力傳感器為S型壓力傳感器，所述的振動臺為電磁振動臺。
4.如權利要求3所述的高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置，其特征在于所述的反力橫梁和加載橫梁的兩端均設有套接于所述的導桿上的通孔，所述的通孔的上下兩端均設有鎖緊螺母，所述的導桿上設有與所述的鎖緊螺母嚙合的螺紋，所述的通孔被夾緊于兩鎖緊螺母之間。
5.如權利要求4所述的高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置，其特征在于所述的振動臺上固定有支架，所述的支撐桿垂直地固定于所述的支架上。
6.如權利要求5所述的高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置，其特征在于所述的底座上設有支撐所述的高低溫試驗箱的機臺，所述的機臺包括均勻布置的多根混凝土立柱和架設于立柱上的支撐板。
全文摘要
高速鐵路板式無砟軌道CA砂漿的抗疲勞試驗裝置，包括底座，底座上設反力裝置，振動臺和高低溫試驗箱；反力裝置包括導桿，反力橫梁和加載橫梁；反力橫梁和加載橫梁均與導桿可滑動連接，加載橫梁位于反力橫梁之上，加載橫梁與反力橫梁之間設有千斤頂；高低溫試驗箱設置于反力橫梁與振動臺之間，反力橫梁與高低溫試驗箱之間設有壓力傳感器，壓力傳感器的上端通過第一定長桿與反力橫梁固接，壓力傳感器的下端固接第二定長桿，第二定長桿插入高低溫試驗箱內部，第二定長桿的自由端固接一與試件接觸的上承壓板；振動臺上設支撐桿，支撐桿的自由端固接一承載試件的下承壓板。本發(fā)明具有在溫度、荷載和高頻振動的復合影響下進行抗疲勞試驗的優(yōu)點。
文檔編號G01N3/34GK102162781SQ20101060010
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權日2010年12月22日
發(fā)明者葉珊, 姚君, 孔德玉, 巫燕珍, 楊芳兒, 毛錦達, 韋甦 申請人:浙江工業(yè)大學