一种CRTSⅢ板式无砟轨道粘结性能测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种混凝土材料粘结性能测试装置，具体涉及一种CRTSⅢ板式无砟轨道粘结性能测试装置。

背景技术：

CRTSIII型板式无砟轨道是我国新建高速铁路的主要轨道结构型式之一。我国高速铁路CRTSIII型板式无砟轨道是基于CRTSI型板式无砟轨道、CRTS II型板式无砟轨道技术研究与应用经验，并在总结分析国内外高速铁路无砟轨道系统技术的基础上研发出具有完全自主知识产权的一种新型高速铁路无砟轨道结构体系[1]。我国自主研发的高速铁路CRTSIII型板式无砟轨道结构不仅完善了我国高速铁路无砟轨道技术体系，还进一步提升了无砟轨道的技术经济性和耐久性，其结构型式如图1所示。

由图1可知，CRTSIII型板式无砟轨道结构由混凝土支撑层18、自密实混凝土填充层17、预制轨道板16以及扣件和钢轨组成，其中自密实混凝土填充层17位于支撑层18和预制轨道板16之间，承担调整、支撑及传力功能。而在服役过程中由于温度应力、疲劳荷载及自密实混凝土本身与轨道板的粘结力薄弱，造成轨道板与自密实混凝土充填层之间分离，称为轨道结构层间离缝。离缝会引起轨道几何尺寸发生变化，在列车荷载的反复作用下，将反复“拍打”自密实混凝土填充层，从而导致自密实混凝土填充层破坏，甚至导致无砟轨道系统失效。这就要求自密实混凝土填充层与预制轨道板之间具有良好的粘结性能。因此，合理评价自密实混凝土填充层与轨道板之间的粘结性能显得尤为关键。

自密实混凝土填充层与轨道板的粘结性能，其本质就是新老混凝土的粘结问题。国内外学者就新老混凝土粘结性能的定量测试及评价开展了较多有价值的工作，并提出了一些测试方法[2-4]，如拉拔法、劈裂法、直剪法、斜剪法、弯拉法及推出式剪切法等测试方法。但是这些测试方法不能对在实际受力工况下轨道板与自密实混凝土的粘结性能做出准确评价。针对CRTSIII型板式无砟轨道结构预制轨道板与自密实混凝土填充层粘结性能科学、定量评价的难题，本实用新型提出一种测试评价预制轨道板与自密实混凝土填充层粘结性能的试验装置，从而正确评价预制轨道板与自密实混凝土的粘结性能，确保高速铁路无砟轨道结构服役性能和运营安全。

参考文献：

[1]何华武，无碴轨道技术，北京:中国铁道出版社,2005,1–30。

[2]Momayez A,Ehsani M R,Ramezanianpour A A，Comparison of methods for evaluat ing bond strength between concrete substrate and repair materials[J]，Cement and Concrete Research,2005,35(4):748-757。

[3]田稳苓,赵志方,赵国藩,等.新老混凝土的粘结机理和测试方法研究综述[J]，河北理工学院学报,1998,20(1):84-93。

[4]陈峰,郑建岚，自密实混凝土与老混凝土的粘结-滑移性能 [J]，长安大学学报:自然科学版,2010(6):56-60。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种CRTSⅢ板式无砟轨道粘结性能测试装置，该装置结构简单、操作便捷，可以模拟无砟轨道结构工程实际受力工况，能够快捷、准确地测试评价轨道板与自密实混凝土填充层的粘结性能。

为解决上述技术问题，本实用新型所提供的CRTSⅢ板式无砟轨道粘结性能测试装置，包括横向加载系统、主机架、剪切盒、竖向加载系统及位移采集系统，所述剪切盒用于放置由自密实混凝土填充层与轨道板层组成的双层叠合试件，开口向上的固定安装在所述主机架底板上；所述横向加载系统处于所述剪切盒一侧水平安装在所述主机架上，并可以以一定加载速度对试件施加水平荷载；所述竖向加载系统处于所述剪切盒的正上方竖直安装在所述主机架的顶板上，用于对试件施加恒定竖向荷载；所述位移采集系统对试件滑动位移数据进行采集。

所述横向加载系统由水平油缸、油缸架、水平压力传感器、顶压头以及液压伺服控制系统组成，所述油缸架处于剪切盒一侧固定安装在所述主机架底板上，所述水平油缸安装在所述油缸架上并与液压伺服控制系统连接；水平油缸的活塞杆伸出端通过水平压力传感器与顶压头的一端同轴连接，顶压头的另一端正对试件的侧壁。

所述竖向加载系统由主油缸、竖直压力传感器及上压板组成；所述上压板安装在所述剪切盒的正上方，上端通过竖直压力传感器与所述主油缸的活塞杆连接；所述主油缸竖直安装在所述主机架的顶板上。

所述位移采集系统为安装在所述主机架上的光栅式位移测量装置。

所述上压板底端安装有若干燕尾式滚动导轨块。

所述上压板的两侧固定安装有导向杆，所述顶板上与导向杆位置对应处设有导向孔，所述导向杆滑动套接在所述导向孔内。

在所述剪切盒与所述上压板之间设有开口朝下的L形结构的剪切板；所述剪切板的侧板与所述顶压头位置相对应。

本实用新型以CRTSIII型板式无砟轨道建设为背景，解决准确定量评价CRTSIII型板式无砟轨道结构中轨道板与自密实混凝土填充层粘结性能的技术难题，确保CRTSIII型板式无砟轨道结构良好的服役性能。

测试装置的科学性、有效性及其与现有测试方法的比较：

本装置是基于CRTSIII型板式无砟轨道结构的实际特点，并结合实际工况，通过大量工程现场调查和室内试验，模拟实际现场浇筑自密实混凝土的施工工艺成型试件，对硬化后的叠合试件的粘结性能进行定量评价，因此本装置具有显著的合理性和科学性。同时，对本装置和原有评价粘结性能的拉拔法、劈裂法、直剪法、斜剪法、弯拉法及推出式剪切法相比，本实用新型设计针对现有测试方法的不足，设计竖向加载系统及水平位移采集系统，不仅能够具有针对性地模拟轨道板与自密实混凝土填充层实际受力工况，而且能够保证剪切过程中粘结试件沿新老混凝土界面水平运动，同时消除在剪切过程中粘结试件本身的不均匀形变，使其整体受力，同时竖向加载系统中的燕尾式滚动导轨块能够有效消除装置内部摩擦力，进而保证试验结果的有效性。水平位移采集系统具有较高精度，而且能够在剪切过程中同步测试粘结试件位移数据。因此，本装置具有更强的针对性，弥补了已有测试方法中的不足，能科学、准确地评估轨道板与自密实混凝土填充层的粘结性能，为CRTSIII板式轨道结构的运营维护提供科学有效的理论支撑。

测试装置的敏感性：

实践表明，本装置对模拟试件的测试评价敏感性高。通过改变灌注自密实混凝土的工作性参数，从而改变界面的粘结状态。以及不同环境因素作用后的模拟试件。比较不同条件下的模拟试件的粘结性能。采用本装置测试结果表明，随着模拟试件受到自密实混凝土工作性参数改变的影响及环境因素作用的影响，水平推力及试件滑动位移存在很好的对应关系，进一步验证了本装置测试方法的有效性。

本实用新型的优点和积极效果：

1.本装置能够准确的测试预制轨道板与自密实混凝土填充层的粘结性能，从而确保CRTSIII板式轨道结构良好的服役性能。

2.本装置可用于高速铁路板式无砟轨道层状结构或类似的层状构件的粘结性能的实验室或现场性能测试，能够真实准确的评估这类特殊结构的服役性能。

3.本装置能够模拟实际工况受力且可靠性高，模拟试件成型方便，解决了现场足尺寸模型层间粘结力测试困难的难题。

综上所述，本实用新型是一种能够真实、准确地测试评价轨道板与自密实混凝土填充层的粘结性能，保证CRTSIII板式轨道结构良好的服役性能，模拟真实工况且性能可靠的粘结性能试验装置。

附图说明

图1是高速铁路板式无砟轨道结构型式示意图；

图2是本实用新型结构示意图；

其中：1-油缸架；2-水平油缸；3-水平压力传感器；4-主油缸； 5-导向杆；6-螺纹杆；7-螺母；8-顶板；9-竖直压力传感器；10-上压板；11-滚动导轨块；12-剪切板；121-侧板；13-位移采集系统； 14-剪切盒；15-底板；16-预制轨道板；17-自密实混凝土填充层； 18-混凝土支撑层；19-顶压头。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图2，本实用新型所提供的CRTSⅢ板式无砟轨道粘结性能测试装置，包括横向加载系统、主机架、剪切盒14、竖向加载系统及位移采集系统13，所述剪切盒14用于放置由自密实混凝土填充层与轨道板组成的双层叠合试件；所述横向加载系统处于所述剪切盒14一侧水平安装在所述主机架上，并可以以一定加载速度对试件轨道板施加水平荷载；所述竖向加载系统处于所述剪切盒14的正上方竖直安装在所述主机架的顶板8上，用于对试件施加恒定竖向荷载；所述位移采集系统13对试件滑动位移数据进行采集；主机架由底板15、螺纹杆6、顶板8和螺母7组成；底板15为面积 500mm×800mm，厚度为10mm的钢板，螺纹杆6为直径为35mm的实心螺纹钢棒；底板15与顶板8通过螺纹杆6及螺母连接为一整体；剪切盒14为四个侧面和一个底面组成的长方形盒体，开口向上的固定安装在所述底板15上，测试用的双层叠合试件放置在剪切盒14 内；剪切板12为L型板状结构，设置在所述剪切盒14的正上方，且开口端朝下；位移采集系统13为光栅式位移测量装置，精度为0.003mm，采集试件滑动位移数据；所述横向加载系统由水平油缸 2、油缸架1、水平压力传感器3、顶压头19以及液压伺服控制系统组成，所述油缸架1处于剪切盒14一侧固定安装在所述主机架底板 15上，所述水平油缸2安装在所述油缸架1上并与液压伺服控制系统连接，提供稳定且精确水平剪切力；水平油缸2的活塞杆伸出端通过水平压力传感器3与顶压头19的一端同轴连接，顶压头19的另一端正对剪切板的侧板121，侧板121内侧净高比轨道板高度低 1-2mm。所述竖向加载系统由主油缸4、竖直压力传感器9及上压板10组成；所述上压板10安装在所述剪切板的正上方，上端通过竖直压力传感器9与所述主油缸4的活塞杆连接，底面布置6个燕尾式滚动导轨块11，用来抵消上压板带来的摩擦力；所述主油缸4 竖直安装在所述主机架的顶板8上；所述上压板10的两侧固定安装有导向杆5，所述顶板8上与导向杆5位置对应处设有导向孔，所述导向杆5滑动套接在所述导向孔内。

本装置的测试过程如下所示：

(1)将被测的双层叠合试件放入剪切盒内，轨道板层朝上，调整剪切盒，使得侧壁与试件侧壁接触抵靠。

(2)将剪切板置于试件上表面，且使得剪切盒与剪切板开口端与试件界面处于同一水平面，并使得顶压头与剪切板侧板接触抵靠。

(3)采用竖向加载系统施加恒定荷载。

(4)采用横向加载系统以一定加载速度对试件轨道板层施加剪切力，同时通过水平压力传感器和光栅式位移测量装置对施加的水平推力及试件位移进行记录。