[發(fā)明專利]高速鐵路無砟軌道路基動(dòng)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010594220.3
• 申請(qǐng)日: 2010-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN102108656A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳云敏;邊學(xué)成;蔣紅光;蔣建群;陳仁朋;王作洲;盧文博;王順玉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): E01B35/00
• 分類號(hào): E01B35/00;E01C3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及路基動(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(duì)路基的變形和剛度極其敏感。列車的高速運(yùn)行對(duì)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—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(duì)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(duì)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，本發(fā)明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)，本發(fā)明不僅可以實(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)。

本發(fā)明采用的技術(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(duì)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(duì)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(duì)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。

本發(fā)明與背景技術(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；