一种全生命周期的无砟轨道层状叠合结构混凝土动态性能试验方法技术

本发明专利技术公开了一种全生命周期的无砟轨道层状叠合结构混凝土动态性能试验方法，该方法步骤为：1)根据板式无砟轨道的实际尺寸等比例制备层状叠合混凝土试件；2)对试件进行静态加载，测量其极限强度；3)制定疲劳或冲击动态试验，确定试件动态破坏寿命及动态离缝寿命；4)根据动态离缝寿命与动态破坏寿命的寿命比确定修补制度；5)当试件出现离缝后进行注浆修补，然后再进行疲劳或冲击动态试验，估算板式无砟轨道结构的寿命衰减率和服役寿命。本发明专利技术采用了能准确反映板式无砟轨道层状叠合结构的试件，制定了与实际服役情况的更吻合的动态试验制度，为无砟轨道服役寿命评估、修补制度确定、修补材料选择提供了方法。修补材料选择提供了方法。修补材料选择提供了方法。

【技术实现步骤摘要】
一种全生命周期的无砟轨道层状叠合结构混凝土动态性能试验方法


[0001]本专利技术属于建筑材料的测试
，具体涉及一种全生命周期的无砟轨道层状叠合结构混凝土动态性能试验方法，适用于层状叠合结构混凝土性能试验，特别适用于高速铁路板式无砟轨道的动态性能试验。

技术介绍

[0002]以混凝土为主要工程材料的无砟轨道在世界高速铁路中得到了广泛应用，目前主要以CRTS I型、CRTS II型和CRTSIII型板式无砟轨道为主。板式无砟轨道在服役过程中主要承受高速列车运行造成的高频疲劳荷载，在平顺性较差时还会承受应力较高的冲击荷载，这显著加速了脆性较大、韧性不足的混凝土中微裂缝萌生和既有微裂缝的扩展，导致混凝土结构服役性能下降，进而导致混凝土更容易发生损坏。虽然板式无砟轨道结构的使用时间还较短，但轨道板开裂、层间离缝等病害已经对无砟轨道结构的耐久性与行车的安全性产生影响。因此有必要提出板式无砟轨道结构混凝土全生命周期动态性能试验方法，为板式无砟轨道结构维修周期确定、服役寿命评价及服役性能提升提供技术支撑。
[0003]由于铁路结构承受典型的周期荷载，因此混凝土动态性能是铁路行业关注的重点。美国混凝土协会ACI 215委员会从素混凝土、混凝土梁和路面等结构疲劳性能演化规律出发，对结构疲劳设计做出了相应的要求，我国标准如《预应力混凝土枕疲劳试验方法》(TB/T 1878
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2002)、《CRTSⅡ型板式无砟轨道混凝土轨道板》(TB/T 3399
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2015)和《预应力混凝土简支梁弯曲疲劳试验方法》(TB/T 2326
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1992)已经对不同结构的疲劳试验方法进行了规定，但加载频率仅为4Hz～8Hz。但板式无砟轨道结构受力形式复杂，疲劳荷载频率一般高于20Hz，当高速列车以300～350km/h的速度运行时，最大荷载频率甚至在40Hz左右，且随机缺陷和结构变形导致的高应力冲击荷载同样加速了损伤的产生。这使得相关标准与版式无砟轨道结构实际承受的实际荷载有较大区别。
[0004]板式无砟轨道由预制混凝土轨道板、SCC充填层和底座板组成，具有典型的层状叠合结构特点。混凝土强度等级自上而下递减，不同混凝土动态性能存在差异，且荷载传递复杂也会导致在混凝土层间产生。我国标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082
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2009)也对混凝土材料的疲劳性能进行了规定，但仅针对单一混凝土进行试验，这与层状结构的板式无砟轨道存在较大差异。专利《钢与混凝土界面疲劳试验装置》(CN105181493A)专利技术了钢与混凝土界面疲劳试验的实验方法，但这与板式无砟轨道混凝土叠合的特点存在显著差异。专利《一种弯剪受力状态下混凝土疲劳试验系统》(CN106092769B)通过Z型试件专利技术了混凝土在受剪力疲劳时的试验方法，也相关研究也采用相同形状的试件来研究新老混凝土粘结面的抗剪切性能，但这与板式无砟轨道受压和受弯的荷载方式存在较大差异。针对混凝土叠合结构，专利《一种预制叠合板结构性能试验的加载装置及加载方法》(CN114295483A)专利技术了混凝土预制叠合结构的静态加载试验方法，但未考虑疲劳性能。
[0005]目前板式无砟轨道混凝土疲劳性的试验存在以下问题：
[0006](1)现有混凝土试件主要为单一材料，与板式无砟轨道的叠合结构特点不符，且层状叠合结构的研究多集中于的静态性能，缺乏动态性能方面的研究；
[0007](2)疲劳试验加载频率过低，与板式无砟轨道混凝土所受高频疲劳和冲击的动态荷载存在明显差距，无法准确反映出无砟轨道叠合结构的实际服役情况；
[0008](3)试验评价方法单一，无法对板式无砟轨道层状结构的修补制度提供指导，也缺乏针对无砟轨道结构的全寿命周期性能的分析方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对缺少全生命周期的无砟轨道层状叠合混凝土动态性能试验方法的现状，专利技术了一种符合高铁结构动态荷载特点的层状叠合结构混凝土动态性能的试验方法，以实现对板式无砟轨道混凝土的全生命周期动态性能的准确评价。
[0010]本专利技术的技术方案：
[0011]一种全生命周期的无砟轨道层状叠合结构混凝土动态性能试验方法，该方法测试步骤为：
[0012]1)根据板式无砟轨道的实际尺寸等比例制备层状叠合混凝土试件；
[0013]2)对层状叠合混凝土试件进行静态加载，测量其极限强度；
[0014]3)根据层状叠合混凝土试件极限强度制定疲劳或冲击动态试验制度并进行试验，确定试件动态破坏寿命及动态离缝寿命；
[0015]4)根据动态离缝寿命与动态破坏寿命的寿命比确定板式无砟轨道结构全生命周期内的修补制度；
[0016]5)当层状叠合混凝土试件出现离缝后选择材料进行注浆修补，然后再进行疲劳或冲击动态试验，估算板式无砟轨道结构的寿命衰减率和服役寿命。
[0017]进一步的，所述层状叠合混凝土试件的制备方法为：
[0018]11)层状叠合混凝土试件的制备尺寸按照等比例的原则进行设计，首先制备上层混凝土并浇注于钢制模具中；
[0019]12)浇注1天后拆模，置于标准养护室中养护14天；
[0020]13)将上层混凝土成型面朝上重新放置于所述钢制模具中，制备下层混凝土并浇注；
[0021]14)浇注1天后拆模并至于标准养护室中养护，试件整体养护时间不少于28天；
[0022]15)试验前应通过砂纸将试件表面不平整位置打磨平整，加载部位附近不得有直径超过5mm、深度超过2mm的孔洞。
[0023]进一步的，所述步骤2)中静态加载在压力机上进行，每组试件不少于3块，加载速度为0.08MPa/s～0.10MPa/s。
[0024]进一步的，当测试部位位于线中主要承受疲劳荷载的位置时，动态试验方法选择疲劳动态试验，疲劳加载应力上限S＝0.6倍极限强度，应力比为0.1，加载方式为弯曲疲劳，加载波形为正弦波，加载频率f≥20Hz，最高加载次数为2
×
106次，每组试验试件不少于3块，试验时测量记录上下层混凝土开裂情况及粘接部位的位移情况；疲劳寿命＜2
×
106次时，记录动态破坏寿命并取平均值N1，若加载至2
×
106次时试件仍未破坏，则以2
×
106次作
为该混凝土试件的动态破坏寿命N1；当位移出现突变或两层混凝土位移差超过20％时认为混凝土层间粘接失效出现离缝，记录此时离缝寿命N2；
[0025]当测试部位在岔枕或轨道不平顺主要承受冲击荷载的位置时，动态试验方法选择弯曲落锤冲击动态试验，采用弯曲冲击的方式进行试验，落锤质量为5kg，落锤高度为500mm～1500mm，弯曲夹具的跨距为300mm，试验前调整试件使冲击点位于试件中心，每组试验试件不少于3块，试验时测量记录上下层混凝土开裂情况及粘接部位的位移情况，并记录冲击导致的动态破坏寿命并取平均值N1；当位移出现突变或两层混凝土本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全生命周期的无砟轨道层状叠合结构混凝土动态性能试验方法，其特征在于，该方法测试步骤为：1)根据板式无砟轨道的实际尺寸等比例制备层状叠合混凝土试件；2)对层状叠合混凝土试件进行静态加载，测量其极限强度；3)根据层状叠合混凝土试件极限强度制定疲劳或冲击动态试验制度并进行试验，确定试件动态破坏寿命及动态离缝寿命；4)根据动态离缝寿命与动态破坏寿命的寿命比确定板式无砟轨道结构全生命周期内的修补制度；5)当层状叠合混凝土试件出现离缝后选择材料进行注浆修补，然后再进行疲劳或冲击动态试验，估算板式无砟轨道结构的寿命衰减率和服役寿命。2.根据权利要求1所述的一种全生命周期的无砟轨道层状叠合结构混凝土动态性能试验方法，其特征在于，所述层状叠合混凝土试件的制备方法为：11)层状叠合混凝土试件的制备尺寸按照等比例的原则进行设计，首先制备上层混凝土并浇注于钢制模具中；12)浇注1天后拆模，置于标准养护室中养护14天；13)将上层混凝土成型面朝上重新放置于所述钢制模具中，制备下层混凝土并浇注；14)浇注1天后拆模并至于标准养护室中养护，试件整体养护时间不少于28天；15)试验前应通过砂纸将试件表面不平整位置打磨平整，加载部位附近不得有直径超过5mm、深度超过2mm的孔洞。3.根据权利要求1所述的一种全生命周期的无砟轨道层状叠合结构混凝土动态性能试验方法，其特征在于，所述步骤2)中静态加载在压力机上进行，每组试件不少于3块，加载速度为0.08MPa/s～0.10MPa/s。4.根据权利要求1所述的一种全生命周期的无砟轨道层状叠合结构混凝土动态性能试验方法，其特征在于，当测试部位位于线中主要承受疲劳荷载的位置时，动态试验方法选择疲劳动态试验，疲劳加载应力上限S＝0.6倍极限强度，应力比为0.1，加载方式为弯曲疲劳，加载波形为正弦波，加载频率f≥20Hz，最高加载次数为2
×
106次，每组试验试件不少于3块，试验时测量记录上下层混凝土开裂情况及粘接部位的位移情况；疲劳寿命＜2
×
106次时，记录动态破坏寿命并取平均值N1，若加载至2
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106次时试件仍未破坏，则以2
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106次作为该混凝土试件的动态破坏寿命N1；当...

【专利技术属性】
技术研发人员：李化建，温家馨，王振，董昊良，杨志强，易忠来，黄法礼，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：