一种无砟轨道层间裂纹扩展试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种无砟轨道层间裂纹扩展试验装置，包括试验水箱、钢桌；水箱底板上设置有底板固定柱安装固定待测试工件；试验水箱外部通过螺栓和钢桌连接在一起。同时，本发明专利技术还提供一种无砟轨道层间裂纹扩展试验方法，包括以下步骤：使用混凝土浇筑试件；将待测试工件放入试验水箱，并和水箱底部底板固定柱相连；向试验水箱中加水，淹没接缝；把试验水箱和钢桌连接；进行至少一次加载试验；每次加载试验完成后，将测试工件取出染色；加载试验完毕后，取出测试工件，干燥，沿裂纹切开，观察裂纹扩展情况。试验过程中，基于三基色原理，通过裂纹界面颜色变化进行裂纹扩展研究，克服了列车荷载和水耦合作用难以模拟、层间裂纹扩展难以跟踪的缺陷。

A test device and method for crack propagation between layers of ballastless track

【技术实现步骤摘要】
一种无砟轨道层间裂纹扩展试验装置及试验方法
本专利技术属于土木工程结构领域，涉及一种试验装置和试验方法，特别是一种模拟列车荷载和水耦合作用下无砟轨道层间裂纹扩展试验装置及试验方法。
技术介绍
现有技术情况，现有技术的缺陷或不足：无砟轨道采用钢筋混凝土结构取代散粒体碎石道床结构，以其高平顺、高稳定和少维修的特点被广泛应用于国内高速铁路。在运营服役过程中，受列车荷载、服役环境、施工人因等综合因素的影响，无砟轨道混凝土层间裂纹现象较为普遍。这类裂纹在降雨量较少地区，扩展速率相对缓慢，但在雨水丰沛或排水不畅地段，裂纹扩展迅速。由于列车荷载与水的耦合作用对无砟轨道裂纹扩展影响巨大，开展列车荷载与水耦合作用下的混凝土层间裂纹扩展试验是研究无砟轨道水致伤损机理的基础，而就无砟轨道水致伤损机理的研究在国内尚属起步。鉴于此，有必要设计一种观察无砟轨道结构层间裂纹在列车荷载和水耦合作用下扩展情况的试验方法和试验装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术存在的多雨地区无砟轨道混凝土层间裂纹频发，严重危害高速铁路运营安全，而对于无砟轨道裂纹扩展研究缺少的问题，提供一种无砟轨道层间裂纹扩展试验装置及试验方法。具体而言，本专利技术提出一种能够模拟列车荷载和水耦合作用下的无砟轨道层间裂纹扩展试验装置及试验方法，用于观察无砟轨道结构层间裂纹扩展情况，重点研究水对层间裂纹扩展的影响。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种无砟轨道层间裂纹扩展试验装置，包括试验水箱、钢桌。所述试验水箱是用于盛装测试工件并提供水环境的水箱；所述水箱底板上设置有底板固定柱；所述底板固定柱用于安装固定待测试工件；试验水箱外壁上设置有带孔的安装脚。所述钢桌上设置有安装孔，所述安装孔与安装脚的位置相匹配，通过螺栓将试验水箱和钢桌连接在一起。本专利技术无砟轨道层间裂纹扩展试验装置包括试验水箱，水箱通过其外壁上的安装脚和钢桌上的安装孔相互匹配，并通过螺栓加以安装固定。水箱底板上设置底板固定柱用于和待测试工件安放固定，然后工件和水箱底板一起放置在试验水箱当中。在测试的过程中，向试验水箱中加入足够的水，将工件浸没，然后进行裂纹扩展试验。通过加入足够的水，实现对于无砟轨道层间在雨水浸润/浸泡情况下的裂纹扩展变化模拟，一方面层间由于列车荷载激励诱发裂纹产生，另一方面由于雨水渗透进入裂纹之间，促进裂纹连续发生。提供水环境是指测试工件被浸泡在水溶液中，达到模拟雨水浸润裂纹的状态模拟。本专利技术主要是应用水溶液浸没无砟轨道板和底座板层间裂纹，以模拟雨水浸泡无砟轨道层间裂纹的状态，然后利用加载试验模拟列车荷载激励作用（采用万能伺服液压疲劳试验机进行加载试验），实现室内试验模拟无砟轨道板和底座板层间裂纹在列车荷载与水耦合作用下的扩展变化研究，能够快速完成自然环境中数月乃至数年时间的无砟轨道层间裂纹扩展研究分析。在测试的时候，测试工件安装固定在水箱底板上的固定柱上，测试工件和水箱底板构建牢固连接的一体化结构，然后水箱内盛装溶液浸没工件（可以是仅浸没测试工件的裂纹缝高度，最好是浸没高度超过裂纹缝位置，确保加载过程中溶液始终浸没裂纹缝）。水箱通过其外壁上的安装脚和钢桌通过螺母固定。当进行疲劳测试的时候，位于试验水箱内的工件可以很好地模拟无砟轨道在持续荷载激励作用下，裂纹扩展状态。优选地，水箱材质为Q235钢，强度较高，结构牢固。作为本专利技术的优选方案，还包括混凝土试件，所述混凝土试件分为试件轨道板和试件底座板；所述试件轨道板和试件底座板之间设置有楔形空间，所述楔形空间用于模拟无砟轨道层间裂纹。优选地，所述混凝土试件的钢筋分别从两端伸出60-120mm。例如可以是80mm、100mm、110mm等长度，方便利用两端伸出的钢筋进行固定即可。优选地，所述混凝土试件的钢筋至少有两条从两端伸出。混凝土试件的钢筋伸出混凝土试件，为试件提供定位连接。钢筋作为混凝土试件的骨架结构，将其进行定位连接固定，可以更好地保证混凝土试件安装牢固度，同时模拟裂纹扩展发生对于钢筋混凝土的钢筋、混凝土结合面的破坏作用。通过在用于模拟轨道板和底座板的混凝土试件间设置楔形空间来模拟无砟轨道层间裂纹，底座板试件钢筋两端分别伸出80mm左右，为试件提供定位连接。进一步，所述试件轨道板尺寸取300mm×300mm×80mm。可以有±20%的大小误差，最好是控制在±10%的大小误差。进一步，所述试件底座板尺寸取300mm×300mm×120mm。可以有±20%的大小误差，最好是控制在±10%的大小误差。本专利技术的另一目的是提供一种进行无砟轨道层间裂纹扩展试验的方法，通过本专利技术的试验装置和本专利技术三基色染色方法结合，更好地实现对于无砟轨道层间裂纹扩展试验研究目的，准确分析裂纹扩展变化的发生情况。一种无砟轨道层间裂纹扩展试验方法，包括以下步骤：1）试件的制作：使用混凝土浇筑试件底座板，并保持预埋钢筋从底座板两端伸出，洒水养护5-8天；然后，浇筑试件轨道板，试件底座板和试件轨道板的侧面结合部预留有楔形槽；养护成型，得到待测试工件。2）试验水箱和试件固定：将待测试工件放入试验水箱，将待测试工件两端伸出的预埋钢筋和水箱底部的底板固定柱相连，利用底板固定柱将待测试工件固定。3）试验环境准备：向试验水箱中加水，水位高于试件底座板和试件轨道板的接缝（或裂纹）。优选地，水位高于底座板和试件轨道板之间的接缝（裂纹）40mm。优选地，水位高于裂纹顶面40mm，所述裂纹顶面是指底座板和试件轨道板的裂纹最高平面位置。加水浸没高度不仅高于两者接缝，还高于裂纹最高平面，确保充分浸没，更好的模拟雨水浸泡作用下轨道板之间的裂纹扩展变化。4）测试工件加载试验：通过试验水箱外壁上安装脚和钢桌上的安装孔通过螺栓连接。将钢桌置于万能伺服液压疲劳试验机，进行至少一次加载试验；优选地，进行至少4次加载试验；优选地，每次加载试验中荷载循环次数为50万次；每一次加载试验的循环次数可以相同也可以不同，每次荷载循环次数是指液压疲劳试验机（即万能伺服液压疲劳试验机）振动次数。每次加载试验完成后，将试验水箱中的测试工件取出，置于染色溶液中进行颜色处理；在染色完成后，再次将测试工件转移到水箱中并利用清水将测试工件浸没；然后，再次进行测试工件的加载试验。通过更换试验使用的染色溶液，可以确保各个阶段进行裂纹扩展测试的结果显示的颜色不同，并实现不同的裂纹扩展深度不同的差异化染色结果。其中，水箱中的清水溶液可以每次更换，也可以不更换；只要保证在取出经过裂纹扩展试验以后的工件放入不同的染色溶液中进行染色即可，每次更换的染色溶液颜色不同相应地就实现了裂纹不同深度的染色结果。5）裂纹扩展检测：步骤4）试件加载试验完毕后，取出测试工件，干燥，沿裂纹切开，观察裂纹扩展情况。本专利技术无砟轨道层间裂纹扩展试验方法的优点是：①制作带楔形的双层混凝土试件模拟无砟轨道层间裂纹；通过在底座板和试件轨道板两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无砟轨道层间裂纹扩展试验装置，其特征在于，包括试验水箱、钢桌；/n所述试验水箱是用于盛装测试工件并提供水环境的水箱；/n所述水箱底板上设置有底板固定柱；/n所述底板固定柱用于安装固定待测试工件；试验水箱外壁上设置有带孔的安装脚；/n所述钢桌上设置有安装孔，所述安装孔与所述安装脚的位置相匹配，通过螺栓将试验水箱和钢桌连接在一起。/n

【技术特征摘要】
1.一种无砟轨道层间裂纹扩展试验装置，其特征在于，包括试验水箱、钢桌；
所述试验水箱是用于盛装测试工件并提供水环境的水箱；
所述水箱底板上设置有底板固定柱；
所述底板固定柱用于安装固定待测试工件；试验水箱外壁上设置有带孔的安装脚；
所述钢桌上设置有安装孔，所述安装孔与所述安装脚的位置相匹配，通过螺栓将试验水箱和钢桌连接在一起。


2.根据权利要求1所述的无砟轨道层间裂纹扩展试验装置，其特征在于，还包括混凝土试件，所述混凝土试件分为试件轨道板和试件底座板；所述试件轨道板和试件底座板之间设置有楔形空间，所述楔形空间用于模拟无砟轨道层间裂纹。


3.一种无砟轨道层间裂纹扩展试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）试件的制作：使用混凝土浇筑试件底座板，并保持预埋钢筋从底座板两端伸出，洒水养护5-8天；
然后，浇筑试件轨道板，试件底座板和试件轨道板的侧面结合部预留有楔形槽；养护成型，得到待测试工件；
2）试验水箱和试件固定：将待测试工件放入试验水箱，将待测试工件两端伸出的预埋钢筋和水箱底部的底板固定柱相连，利用底板固定柱将待测试工件固定；
3）试验环境准备：向试验水箱中加水，水位高于试件底座板和试件轨道板的接缝；
4）测试工件的加载：通过试验水箱外壁上安装脚和钢桌上的安装孔通过螺栓连接；将钢桌置于万能伺服液压疲劳试验机，进行至少一次加载试验；
每次加载试验完成后，将试验水箱中的测试工件取出，置于染色溶液中进行颜色处理；在染色完成后，再次将测试工件转移到水箱中并利用清水将测试工件浸没；然后，再次进行测试工件的试件加载试验；
5）裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：代丰，曹世豪，杨吉忠，林红松，冯读贝，胡连军，陈志辉，肖飞知，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，河南工业大学，
类型：发明
国别省市：四川;51