專利名稱：一種高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，尤其是涉及一種高速鐵路無砟軌道路 基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，我國在300km/h及以上客運(yùn)專線鐵路上普遍采用無砟軌道技術(shù)。由于無砟 軌道已經(jīng)松散的道砟換成了剛度巨大的鋼筋混凝土材料，使得無砟軌道結(jié)構(gòu)對路基的變形 和剛度極其敏感。列車的高速運(yùn)行對軌道結(jié)構(gòu)和路基土體的動(dòng)力性能提出了很高的要求。 列車速度的提高，導(dǎo)致軌道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)加劇，尤其當(dāng)列車速度接近土體的臨界波速時(shí)，土體 的動(dòng)力響應(yīng)急劇增加。列車速度的提高，導(dǎo)致路基內(nèi)部動(dòng)應(yīng)力的影響范圍變大，使得路基的 不均勻沉降變大，進(jìn)而引起軌道的不平順，加劇了車軌的動(dòng)力相互作用。路基變形的控制已 經(jīng)達(dá)到了亞厘米一毫米級(jí)，如無砟軌道路基的工后零沉降理論、一般路基工后沉降不大于 15mm、路基與其它結(jié)構(gòu)交界處的差異沉降不大于5mm等，這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工程問題已經(jīng)超 出了目前國際上對巖土材料極其構(gòu)筑物工程特性的認(rèn)識(shí)水平。目前，高速鐵路動(dòng)力學(xué)試驗(yàn) 的研究手段主要有室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場原位測試兩種。室內(nèi)模型試驗(yàn)受到場地尺寸和列車 速度的限制，不易實(shí)現(xiàn)真車的高速移動(dòng)加載；現(xiàn)場原位測試雖然可以采用真實(shí)的列車高速 運(yùn)行，但所處的環(huán)境比較復(fù)雜不易控制，且對監(jiān)測設(shè)備的要求很高。如西南交通大學(xué)建立了 室內(nèi)1:3的模型試驗(yàn)，進(jìn)行無砟軌道定點(diǎn)循環(huán)加載試驗(yàn)，這與模擬列車的運(yùn)行荷載還有很 大的差距。再如北京東郊環(huán)形道無砟軌道試驗(yàn)段采用真車進(jìn)行現(xiàn)場模擬試驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)不 同列車速度下的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，不足之處是現(xiàn)場的地質(zhì)條件和環(huán)境條件不可控，軌道和路基 模型無法實(shí)現(xiàn)重復(fù)制作性。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場原位測試的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供 一種高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，本實(shí)用新型不僅可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)模型試驗(yàn) 的模型環(huán)境可控性，還可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場原位測試的列車荷載移動(dòng)性，從而在室內(nèi)模型試驗(yàn)中 實(shí)現(xiàn)“假車真路”的動(dòng)力學(xué)模擬試驗(yàn)。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是該系統(tǒng)由模型試驗(yàn)箱、高速鐵路無砟軌道路基模型、激勵(lì)系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成；其 中1)模型試驗(yàn)箱是由四個(gè)側(cè)面鋼板和底板構(gòu)成的長方形鋼結(jié)構(gòu)模型槽；2)高速鐵路無砟軌道路基模型在模型試驗(yàn)箱底板上由下至上依次設(shè)置有碎石 和砂墊層、地基、基床底層、基床表層、混凝土底座、CA砂漿、軌道板、扣件系統(tǒng)和兩根鋼軌； 兩根鋼軌通過扣件系統(tǒng)連接在軌道板上，基床底層和基床表層構(gòu)成基床底層底面大而基床 表層上面小其坡度為1:1.5的梯形體；3)激勵(lì)系統(tǒng)包括多個(gè)激振器、與激振器個(gè)數(shù)相同的分配梁；分配梁按照扣件系統(tǒng)的間距設(shè)置在兩根鋼軌上，每個(gè)激振器分別安置于各自的分配梁上表面中心；4)監(jiān)測系統(tǒng)包括多個(gè)動(dòng)態(tài)土壓力傳感器、多個(gè)分層沉降計(jì)、多個(gè)鋼筋應(yīng)變計(jì)、多 個(gè)位移傳感器和多個(gè)加速度傳感器。多個(gè)動(dòng)態(tài)土壓力傳感器分別布置在混凝土底座正下方區(qū)域的地基中間厚度處、基 床底層與地基結(jié)合處、基床底層中間厚度、基床底層與基床表層結(jié)合處和基床表層與混凝 土底座結(jié)合處。多個(gè)分層沉降計(jì)分別布置在混凝土底座正下方區(qū)域的基床底層與地基結(jié)合處、基 床底層與基床表層結(jié)合處和基床底層與混凝土底座結(jié)合處。多個(gè)鋼筋應(yīng)變計(jì)按照扣件系統(tǒng)的間距分別連接在混凝土底座上下表層的兩層鋼 筋上，位置分別對應(yīng)于上方的兩根鋼軌及軌道板縱向中心線。多個(gè)位移傳感器按照扣件系統(tǒng)的間距分別布置在軌道板表面的縱向中心線及軌 道板兩側(cè)靠近扣件系統(tǒng)處。多個(gè)加速度傳感器按照扣件系統(tǒng)的間距分別布置在軌道板表面的縱向中心線及 軌道板兩側(cè)靠近扣件系統(tǒng)處。所述的模型試驗(yàn)箱底部的碎石和砂墊層內(nèi)設(shè)有控制水位用的供水管網(wǎng)。所述的基床底層上方的模型試驗(yàn)箱頂部兩側(cè)設(shè)有模擬降水用的噴淋系統(tǒng)。所述的多個(gè)動(dòng)態(tài)土壓力傳感器分別對應(yīng)于上方的扣件系統(tǒng)中心處、軌道板縱向中 心線處和混凝土底座橫向邊緣位置；多個(gè)分層沉降計(jì)分別對應(yīng)于上方的扣件系統(tǒng)中心處、 軌道板縱向中心線處和混凝土底座橫向邊緣位置。本實(shí)用新型與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是(1)可產(chǎn)生多種致災(zāi)和加固條件，模擬功能多，包括地下水位變動(dòng)、真空預(yù)壓、復(fù)合 地基、樁基等；(2)高速鐵路無砟軌道路基模型中土層條件、地下水位、初始應(yīng)力狀態(tài)及邊界條件 可控、已知；(3)可代替真實(shí)列車，模擬列車的運(yùn)行過程；(4)可模擬列車不同速度和軌道不平順時(shí)的輪軌垂向相互作用；(5)監(jiān)測系統(tǒng)全面、綜合，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)物理量的自動(dòng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測；監(jiān)測儀器埋設(shè)相 對容易，試驗(yàn)操作比較簡單；(6)短時(shí)間內(nèi)可預(yù)測路基的永久變形以及路基沉降與軌道不平順的關(guān)系。
圖1是高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖；圖2是高速鐵路無砟軌道路基模型；圖3是監(jiān)測系統(tǒng)布置示意圖。圖中1、模型試驗(yàn)箱，2、高速鐵路無砟軌道路基模型，3、激勵(lì)系統(tǒng)，4、監(jiān)測系統(tǒng)，5、 主體鋼結(jié)構(gòu)梁柱，6、主體結(jié)構(gòu)側(cè)面鋼板，7、地基，8、基床底層，9、基床表層，10、混凝土底座， IUCA砂漿，12、軌道板，13、扣件系統(tǒng)，14、鋼軌，15、激振器，16、分配梁，17、動(dòng)態(tài)土壓力傳感 器，18、分層沉降計(jì)，19、鋼筋應(yīng)變計(jì)，20、位移傳感器，21、加速度傳感器，22、碎石和砂墊層， 23、供水管網(wǎng)，24、噴淋系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。如圖1所示，該系統(tǒng)由模型試驗(yàn)箱1、高速鐵路無砟軌道路基模型2、激勵(lì)系統(tǒng)3和 監(jiān)測系統(tǒng)4構(gòu)成；其中1)模型試驗(yàn)箱1 由主體鋼結(jié)構(gòu)梁柱5和主體結(jié)構(gòu)側(cè)面鋼板6組成的長方形鋼結(jié) 構(gòu)模型槽，尺寸為長15mX寬5mX高6m ；2)高速鐵路無砟軌道路基模型2 在模型試驗(yàn)箱1底板上由下至上依次設(shè)置有碎 石和砂墊層22、地基7、基床底層8、基床表層9、混凝土底座10、CA砂漿11、軌道板12、扣件 系統(tǒng)13和兩根鋼軌14，如圖2所示；兩根鋼軌14通過扣件系統(tǒng)13連接在軌道板12上，基 床底層8和基床表層9構(gòu)成基床底層8底面大而基床表層9上面小其坡度為1:1.5的梯形 體。其中，地基7厚度2. 5m，采用南方典型的錢塘江粉土，分層填筑夯實(shí)，虛鋪35cm，夯實(shí)至 25cm，控制填土的密度和含水量，從而滿足高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中對地基土體比貫入阻力Ps 不低于1. SMPa的要求。填筑完成后，對地基7進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)，抽取地基7范圍內(nèi)的9個(gè) 測點(diǎn)檢驗(yàn)土體的比貫入阻力。基床底層8厚度2. 3m，采用A/B類填料，主要成分為粗砂，分 層填筑夯實(shí)，虛鋪30cm，夯實(shí)至25cm，基床表層9厚度0. 4m,采用級(jí)配碎石，分層填筑夯實(shí)， 虛鋪25cm，夯實(shí)至20cm，控制填土的密度和含水量，填筑完成后，抽取基床底層8、基床表層 9范圍內(nèi)各9個(gè)測點(diǎn)，檢驗(yàn)地基系數(shù)k3(l、變形模量Ev2、動(dòng)態(tài)變形模量Evd和孔隙率n，壓實(shí)質(zhì) 量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表1的要求。混凝土底座10厚度0. 3m，預(yù)先扎好鋼筋籠，雙向布筋，采用C40 混凝土現(xiàn)場澆注。待混凝土底座10的強(qiáng)度滿足要求后，鋪設(shè)CA砂漿灌注袋，吊裝軌道板12 并灌注CA砂漿11。最后將扣件系統(tǒng)13和鋼軌14安裝在軌道板12上。表1高速鐵路無砟軌道基床填料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)
權(quán)利要求1.一種高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由模型試驗(yàn) 箱(1)、高速鐵路無砟軌道路基模型(2)、激勵(lì)系統(tǒng)(3)和監(jiān)測系統(tǒng)(4)構(gòu)成；其中1)模型試驗(yàn)箱(1)是由四個(gè)側(cè)面鋼板和底板構(gòu)成的長方形鋼結(jié)構(gòu)模型槽；2)高速鐵路無砟軌道路基模型(2)在模型試驗(yàn)箱(1)底板上由下至上依次設(shè)置有碎 石和砂墊層(22 )、地基(7 )、基床底層(8 )、基床表層(9 )、混凝土底座(10 )、CA砂漿(11)、軌 道板(12)、扣件系統(tǒng)(13)和兩根鋼軌(14)；兩根鋼軌(14)通過扣件系統(tǒng)(13)連接在軌道 板(12)上，基床底層(8)和基床表層(9)構(gòu)成基床底層(8)底面大而基床表層(9)上面小 其坡度為1:1. 5的梯形體；3)激勵(lì)系統(tǒng)(3):包括多個(gè)激振器(15)、與激振器(15)個(gè)數(shù)相同的分配梁(16);分配 梁(16)按照扣件系統(tǒng)(13)的間距設(shè)置在兩根鋼軌(14)上，每個(gè)激振器(15)分別安置于各 自的分配梁(16)上表面中心；4)監(jiān)測系統(tǒng)(4)包括多個(gè)動(dòng)態(tài)土壓力傳感器(17)、多個(gè)分層沉降計(jì)(18)、多個(gè)鋼筋 應(yīng)變計(jì)(19)、多個(gè)位移傳感器(20)和多個(gè)加速度傳感器(21);多個(gè)動(dòng)態(tài)土壓力傳感器(17)分別布置在混凝土底座(10)正下方區(qū)域的地基(7)中間 厚度處、基床底層(8)與地基(7)結(jié)合處、基床底層(8)中間厚度處、基床底層(9)與基床表 層(9)結(jié)合處和基床表層(9)與混凝土底座(10)結(jié)合處；多個(gè)分層沉降計(jì)(18)分別布置在混凝土底座(10)正下方區(qū)域的基床底層(8)與地基 (7)結(jié)合處、基床底層(9)與基床表層(9)結(jié)合處和基床底層(9)與混凝土底座(10)結(jié)合 處；多個(gè)鋼筋應(yīng)變計(jì)(19)按照扣件系統(tǒng)(13)的間距分別連接在混凝土底座(10)上下表層 的兩層鋼筋上，位置分別對應(yīng)于上方的兩根鋼軌(14)及軌道板(12)縱向中心線；多個(gè)位移傳感器(20)按照扣件系統(tǒng)(13)的間距分別布置在軌道板(12)表面的縱向中 心線及軌道板(12)兩側(cè)靠近扣件系統(tǒng)(13)處；多個(gè)加速度傳感器(21)按照扣件系統(tǒng)(13)的間距分別布置在軌道板(12)表面的縱向 中心線及軌道板(12)兩側(cè)靠近扣件系統(tǒng)(13)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在 于所述的模型試驗(yàn)箱(1)底部的碎石和砂墊層(22)內(nèi)設(shè)有控制水位用的供水管網(wǎng)(23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在 于所述的基床底層(8)上方的模型試驗(yàn)箱(1)頂部兩側(cè)設(shè)有模擬降水用的噴淋系統(tǒng)(24)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在 于所述的多個(gè)動(dòng)態(tài)土壓力傳感器(17)分別對應(yīng)于上方的扣件系統(tǒng)(13)中心處、軌道板 (12)縱向中心線處和混凝土底座(10)橫向邊緣位置；多個(gè)分層沉降計(jì)(18)分別對應(yīng)于上 方的扣件系統(tǒng)(13)中心處、軌道板(12)縱向中心線處和混凝土底座(10)橫向邊緣位置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括模型試驗(yàn)箱、高速鐵路無砟軌道路基模型、激勵(lì)系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)。高速鐵路無砟軌道路基模型依次由地基、基床底層、基床表層、混凝土底座、CA砂漿、軌道板、扣件系統(tǒng)和鋼軌組成，激勵(lì)系統(tǒng)由一系列的激振器組成，通過協(xié)同控制每個(gè)激振器的激振頻率和相位，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行速度下列車荷載的模擬。在路基模型中布置了動(dòng)態(tài)土壓力傳感器和分層沉降計(jì)，混凝土底座內(nèi)部埋設(shè)了鋼筋應(yīng)變計(jì)，軌道結(jié)構(gòu)上布置了位移、加速度傳感器，共同構(gòu)成模型試驗(yàn)系統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)。本實(shí)用新型可用于開展列車運(yùn)行荷載下路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)的研究，可對不同的地基條件、路基結(jié)構(gòu)和軌道不平順進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測。
文檔編號(hào)E01C3/00GK201901829SQ20102066650
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月18日
發(fā)明者盧文博, 王作洲, 王順玉, 蔣建群, 蔣紅光, 邊學(xué)成, 陳云敏, 陳仁朋 申請人:浙江大學(xué)