[發明專利]一種高速鐵路鋼軌靜態載荷模擬實驗系統

無效

• 申請號: 201310073309.9
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN103207117A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 戴恒震;王大志;任同群;梁軍生;王珂;焦振華;薛松;劉沖
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞;梅洪玉

技術領域

本發明涉及的是一種模擬鋼軌靜態力加載系統，尤其是涉及一種高速鐵路無縫鋼軌溫度力的模擬實驗系統。

背景技術

經過幾年的快速發展，我國已成為世界上高速鐵路運營里程最長，運營速度最高，在建規模最大的國家，對高速鐵路的維護和監測成為必須面對的課題。鋼軌是高速鐵路中最基本的安全構件，由于無縫線路長軌條受到鋼軌接頭阻力、扣件阻力和道床阻力的約束，當軌溫發生變化時，在長軌條中就會產生縱向溫度力。軌溫下降時，在鋼軌中產生軸向拉力；當氣溫較低，尤其在寒冷地區的冬季季節，鋼軌中縱向溫度拉力較大，在鋼軌的焊縫、裂紋等薄弱處因無法承受較大的縱向溫度拉力可能發生鋼軌斷裂，進而造成列車脫軌，威脅到乘客的生命安全。因此，對鋼軌在溫度力作用下內部應力分布規律以及可能造成斷軌的機理的實驗研究顯得十分重要。

目前，對鋼軌斷裂的研究的手段主要有仿真計算的方法和現場測試的方法。仿真計算由于采用簡化的模型和參數，不能完全反映現場的真實環境，連續梁模型是當前鋼軌縱向作用分析中最常用的模型，此模型將鋼軌簡化成連續梁結構，將縱向阻力簡化成單位長度的阻力并取常量，而縱向阻力與鋼軌縱向位移實際上是非線性關系，所得出的結果必然有局限性；現場測試的方法雖然可以采用真實的高速鐵路環境，但所處的環境比較復雜不易控制，對實驗設備的要求高。從美國聯邦鐵路局運輸部的研究報告“Investigation?on?CWR?longitudinal?restraint?behavior?in?winter?rail?break?and?summer?distressing?operations[R].?U.S.?Department?of?Transportation?DOT/FRA/ORD-97/01,?1997”查到G.Samavedam等學者在研究鋼軌斷裂后縱向溫度拉力分布時是在366米長的有碴線路直線段進行的，雖然是在真實的軌道上進行的，但實驗現場是有碴軌道，與無碴軌道有很大差別；溫度加載是采用自然溫度加載，加載時間長，重復性差，試驗成本高。為了滿足對鋼軌斷裂研究的需要，探尋一種可更加真實的模擬無碴軌道環境，縮短實驗時間，提高實驗的可重復性，降低試驗成本，實現現場測試的實驗條件可人為控制的試驗方法及裝置顯得尤為重要。

發明內容

為了克服現有仿真計算和現場測試的不足，本發明提供了一種高速鐵路無縫鋼軌靜態載荷模擬系統，不僅可以更加真實的模擬無碴軌道環境，還可以實現現場測試的實驗條件的可控性，從而為研究鋼軌的靜態載荷提供有力的工具。

本發明采用的技術方案是：

按無碴軌道標準建造一段雙軌路段，兩條鋼軌的兩端通過固定裝置固定，軌上設有溫度力模擬裝置和測量鋼軌應變的傳感裝置，其中：

1）?無碴軌道系統：包括地基、混凝土底座、CA砂漿、軌道板、彈條扣件和兩根鋼軌。兩根鋼軌通過彈條扣件連接在軌道板上，其中將一根鋼軌距端頭一定位置處切割成兩段鋼軌，切縫調整至所需大小。

2）?兩端固定裝置：包括鋼筋混凝土臺及連軌裝置。在鋼筋混凝土臺上對應每個鋼軌端頭處布置兩根螺栓，其軸線平行于鋼軌中性軸并位于同一高度上，連軌裝置中的拉桿一端通過螺母與螺栓連接，另一端通過拉座與鋼軌連接，旋轉拉桿就可以拉緊或放松鋼軌。

3）?溫度力模擬裝置：包括鋼軌拉伸機及其附屬部件。將鋼軌拉伸機布置到鋼軌切縫處，通過夾具鎖緊兩側軌頭，伸縮油缸了拉緊或放松鋼軌，模擬鋼軌溫度應力或斷軌。

4）?傳感裝置：包括多個應變片和溫度傳感器，布置在每跨鋼軌跨中部位，沿鋼軌縱向布置電源線，以便給傳感器供電，傳感裝置用于測量鋼軌的應變、應力及溫度。

當松開彈條扣件，開啟拉伸機拉伸鋼軌，保持拉伸力不變，用扭力扳手將彈條扣件鎖緊，就可以模擬設想溫度下的溫度力；松開拉伸機夾具，還可以模擬鋼軌斷裂；另一根沒有切縫的鋼軌可以模擬高速鐵路正線隨著溫度的升降而產生的溫度力。

本發明與背景技術相比具有的有益效果是：

利用兩端固定系統，使鋼軌在受到拉力時兩端頭不發生位移，有效模擬高速鐵路正線真實情況，使用鋼軌拉伸機模擬溫度力，使鋼軌產生縱向拉力，不僅能模擬不同大小的溫度力，還可以提高實驗的可重復性，使實驗操作方便快捷，省時省力，減小了實驗場地，大大降低了實驗成本。

附圖說明

圖1高速鐵路無縫鋼軌靜態載荷模擬系統示意圖。

圖2兩端固定裝置示意圖。

圖3?溫度力模擬裝置示意圖。

圖4?傳感器布局示意圖。