[发明专利]铁路路基大周次加速加载物理模型试验装置的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁路路基大周次加速加载物理模型试验装置的制备方法。尤其是涉及一种通过模拟车辆移动荷载重现真实列车行驶的铁路路基大周次加速加载物理模型试验装置的制备方法。

背景技术

我国现在正处于轨道交通快速发展的时期，无论是高速铁路和城际普通铁路，还是轻轨和地铁，都处于高速建设过程中。随着高速铁路的运营，列车速度大幅度提高，对轨道结构和路基土体的动力性能提出了很高的要求。列车速度的提高，导致轨道结构的振动加剧，尤其当列车速度接近土体的临界波速时，土体的动力响应急剧增加；还导致路基内部动应力的影响范围变大，使得路基的不均匀沉降变大，进而引起轨道的不平顺，加剧了车轨的动力相互作用。目前，高速铁路动力学试验的研究手段主要有室内模型试验和现场原位测试两种。室内模型试验受到场地尺寸和列车速度的限制，不易实现真车的高速移动加载；现场原位测试虽然可以采用真实的列车高速运行，但所处的环境比较复杂不易控制，且对监测设备的要求很高。如西南交通大学建立了室内1:3的模型试验，进行无砟轨道定点循环加载试验，这与模拟列车的运行荷载还有很大的差距。再如北京东郊环形道无砟轨道试验段采用真车进行现场模拟试验，可以实现不同列车速度下的动力学试验，不足之处是：现场的地质条件和环境条件不可控，轨道和路基模型无法实现重复制作性，也难以模拟长期服役后交通基础设施动力性能的变化。

发明内容

为了克服现有室内模型试验和现场原位测试的不足，本发明的目的在于提供一种铁路路基大周次加速加载物理模型试验装置的制备方法，本发明不仅可以实现室内模型试验的模型环境可控性，还可以实现现场原位测试的列车荷载移动性，从而在室内模型试验中实现“假车真路”的动力学模拟试验，并且可以通过连续加载来模拟在长期服役状态下交通设施的动力性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种铁路路基大周次加速加载物理模型试验装置的制备方法，包含以下步骤：

步骤（1）：根据轮轨系统交通基础设施的几何特征和建造质量要求，在钢结构试验箱1中建造所需比尺的物理模型；

步骤（2）：基于建造完成的物理模型，以轨道板为基座，将千分表安装于扣件系统13正上方的钢轨14上，每个扣件对应的位置处各安装一个千分表26；

步骤（3）：在钢轨14表面放置一个分配梁16，在分配梁16表面中心位置处分级施加静力荷载，每级荷载增量50kN，共进行3次加载和卸载循环，记录每级荷载作用下各个千分表26的读数，即扣件的压缩量，进而得到单个轮轴荷载作用下轨下各个扣件分担的荷载比例；

步骤（4）：根据步骤3中得到的扣件荷载分担比通过计算来检验步骤1中所建造的物理模型中扣件数量及模型长度是否合理，根据结果分析来调整物理模型；

步骤（5）：根据物理模型的几何特征和材料特性，建立车辆-轨道-轨下结构的耦合作用数值模型，通过K30、Evd、Ev2实验来确定模型轨下结构的刚度，从而确定数值模型的计算参数；

步骤（6）：通过步骤4中的车辆-轨道-轨下结构的耦合作用数值模型，计算得到不同车型、不同运行速度下轨下扣件的荷载时程结果；

步骤（7）：在与扣件对应处的钢轨14表面布置分配梁16，每对扣件处对应一个分配梁16，每个分配梁16表面中心处对应布置一个激振器15，激振器15的顶部通过高强螺栓与反力梁25相连；

步骤（8）：将原本连续的钢轨14在相邻两个扣件之间的位置处切割为长度为50cm的分段钢轨，各个分段钢轨依然通过扣件系统13与轨道板12相连；

步骤（9）：各个激振器15之间存在由列车速度v和相邻扣件间距Δs决定的激振时间差Δt为：

Δt=Δsv]]>

在实际控制中，以相位差进行控制，以一节车厢长度L作为一次加载波长，激振器15的输入荷载周期T为：

T=Lv]]>

相邻激振器的相位差为：