压杆稳定试验装置的制作方法

本发明涉及轨道交通领域，具体而言，涉及一种压杆稳定试验装置。

背景技术：

无砟轨道因其高稳定性、高平顺性和少维修性等优势，已成为我国高速铁路的主要轨道结构型式。其中CRTSⅡ型板式无砟轨道在我国有广泛的应用，其主要是由钢轨、扣件、钢筋混凝土轨道板、BZM砂浆、混凝土底座等组成的连续式无砟轨道，作为引导并支承高速列车运行的基础结构，其常年暴露于大气环境中，经受气温和雨水等环境因素的长期作用，气候敏感性高，所承受温度力高达数百吨。无砟轨道作为引导并支承高速列车运行的基础结构，长期承受高速列车的高频振动荷载，振动频率从数十至数千赫兹，振动强度达上百个重力加速度。由于无砟轨道材料的多样性、结构组合性、荷载的重复振动性及气候环境的显著影响，其性能处于不断的劣化过程中，难以避免地出现各种伤损。普通气候条件下无砟轨道的伤损往往是逐渐产生和发展的，一般不会造成结构性能的突变，相对较易发现和控制，属结构耐久性问题，近年来已进行了初步研究。但极端高温下会对无砟轨道施加超出设计范围的荷载，造成轨道伤损的突然产生或突然发展，出现高速行车不允许的轨道上拱变形与甚至屈曲失稳，影响轨道结构的稳定性和高速行车的平稳性和安全性。关于极端气候对无砟轨道的影响，目前国内外的认识和研究明显不足，高铁运营遭遇极端高温气候时存在一定的安全隐患。

通过极端高温下连续式无砟轨道稳定性研究实验装置在实验室对无砟轨道进行试验研究，发现轨道板失稳、结构破坏与外界荷载的关系，得到无砟轨道多层连续钢筋混凝土结构压弯稳定性计算模型，以及评估极端高温条件下无砟轨道服役状态，给出极端高温条件下的无砟轨道状态控制方案与维修方案，以提高高速铁路运行的平顺性、舒适性和安全性。

现有的实验装置并不能模拟有基础支撑的杆件失稳，也不能模拟有重力荷载垂直杆件轴心作用下的失稳研究，现在并无特殊装置来模拟研究周期性轨道结构，在纵向力作用下的失稳与结构破坏机理，以及并无特殊装置来模拟研究周期性轨道结构在特定初始上拱缺陷下，纵向力作用时的失稳与结构破坏；同时现有的实验装置并不具备较好的稳定性，具有较大的试验误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种压杆稳定试验装置，以研究温度对于压杆稳定试验装置的影响。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种压杆稳定试验装置，所述压杆稳定试验装置包括轨道承台、千斤顶、第一固定组件、轨道、第二固定组件、多个位移传感器以及至少一个压力传感器，所述轨道、所述第一固定组件、所述第二固定组件以及所述千斤顶皆设置于所述轨道承台，所述千斤顶、所述第一固定组件、所述轨道以及所述第二固定组件依次连接，所述轨道承台的一端与所述千斤顶远离所述第一固定组件的一端连接，所述轨道承台的另一端与所述第二固定组件远离所述轨道的一端连接，所述压力传感器与所述第一固定组件连接，多个所述位移传感器沿所述轨道设置于所述轨道承台的一侧。

进一步地，所述轨道承台包括加力端底座承台、非加力端底座承台以及多个中间底座承台，所述加力端底座承台、多个所述中间底座承台以及所述非加力端底座承台依次连接，所述千斤顶设置于所述加力端底座承台，所述第一固定组件设置于所述加力端底座承台并与所述加力端底座承台滑动连接，所述轨道及多个所述位移传感器设置于多个所述中间底座承台，所述第二固定组件设置于所述非加力端底座承台。

进一步地，所述第一固定组件包括分力件、施力件以及第一楔形块，所述施力件包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面，所述第二表面开设有凹槽，所述分力件设置于所述千斤顶以及所述施力件的第一表面之间，所述压力传感器设置于所述分力件以及所述施力件的第一表面之间，所述轨道的一端及所述第一楔形块皆设置于所述凹槽，所述第一楔形块设置于所述轨道背离所述轨道承台的一面。

进一步地，所述第一固定组件还包括第一垫片，所述第一垫片设置于所述第一楔形块以及所述轨道之间。

进一步地，所述压杆稳定试验装置还包括两个滑轨、两个连接件以及两个滑块，所述加力端底座承台包括两个相对设置的侧板，两个所述滑轨分别设置于两个相对设置的所述侧板，每个所述滑块的一面与一个所述滑轨连接，每个所述滑块的另一面与一个所述连接件连接，两个所述连接件分别与所述施力件的两侧连接。

进一步地，所述第二固定组件包括受力件以及第二楔形块，所述受力件包括相对设置的第一表面以及第二表面，所述第二楔形块的第二表面开设有凹槽，所述受力件的第一表面与所述非加力端底座承台连接，所述第二楔形块及所述轨道的另一端设置于所述凹槽，所述第二楔形块设置于所述轨道背离所述轨道承台的一面。

进一步地，所述第二固定组件还包括第二垫片，所述第二垫片设置于所述第二楔形块以及所述轨道之间。

进一步地，所述轨道包括垫板以及模型板，所述垫板设置于所述轨道承台，所述模型板设置于所述垫板，所述模型板的两端分别与所述第一固定组件以及所述第二固定组件连接。

进一步地，所述轨道还包括多个支撑条，多个所述支撑条皆设置于所述垫板于所述模型板之间。

第二方面，本发明实施例还提供了另一种压杆稳定试验装置，包括防变形框架、轨道承台、千斤顶、第一固定组件、轨道、第二固定组件、多个位移传感器以及至少一个压力传感器，所述防变形框架与所述轨道承台一体成型，所述轨道、所述第一固定组件、所述第二固定组件以及所述千斤顶皆设置于所述轨道承台，所述千斤顶、所述第一固定组件、所述轨道以及所述第二固定组件依次连接，所述轨道承台的一端与所述千斤顶远离所述第一固定组件的一端连接，所述轨道承台的另一端与所述第二固定组件远离所述轨道的一端连接，所述压力传感器与所述第一固定组件连接，多个所述位移传感器沿所述轨道设置于所述轨道承台的一侧。

本发明提供的一种压杆稳定试验装置，通过用轨道承台安装轨道，使得轨道有较稳定的载体，具有较好的实验环境；并通过第一固定组件已经第二固定组件固定轨道，以避免因为轨道约束不良等情况带来的实验误差；接着通过千斤顶给轨道施加力，以模拟温度变化对轨道产生的作用力，最终实现研究温度对压杆稳定试验装置的影响。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明第一实施例提供的压杆稳定试验装置的结构示意图；

图2示出了图1中A部分的局部放大图；

图3示出了图1中B部分的局部放大图；

图4示出了本发明第二实施例提供的压杆稳定试验装置的处于第一视角的结构示意图；

图5示出了图4中C部分的局部放大图；

图6示出了本发明第二实施例提供的压杆稳定试验装置的处于第二视角的结构示意图；

图7示出了图6中D部分的局部放大图。

图标：100-压杆稳定试验装置；110-轨道承台；112-加力端底座承台；114-中间底座承台；116-非加力端底座承台；150-千斤顶；120-第一固定组件；121-施力件；122-分力件；123-第一楔形块；124-第一垫片；160-轨道；162-垫板；164-模型板；130-第二固定组件；131-受力件；132-第二楔形块；133-第二垫片；140-位移传感器；172-滑轨；174-滑块；176-连接件；178-挡板；180-防变形框架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

第一实施例

请参阅图1，本发明实施例提供了一种压杆稳定试验装置100，以研究温度对无砟轨道的影响。该压杆稳定试验装置100包括轨道承台110、千斤顶150、第一固定组件120、轨道160、第二固定组件130、多个位移传感器140以及至少一个压力传感器。其中，轨道160、第一固定组件120、第二固定组件130以及千斤顶150皆设置于轨道承台110，千斤顶150、第一固定组件120、轨道160以及第二固定组件130依次连接，轨道承台110的一端与千斤顶150远离第一固定组件120的一端连接，轨道承台110的另一端与第二固定组件130远离轨道160的一端连接，压力传感器与第一固定组件120连接，多个位移传感器140沿轨道160设置于轨道承台110的一侧。

轨道承台110用于安装轨道160、千斤顶150、第一固定组件120、第二固定组件130以及位移传感器140。

轨道承台110包括加力端底座承台112、非加力端底座承台116以及至少一个中间底座承台114，加力端底座承台112、至少一个中间底座承台114以及非加力端底座承台116依次连接。

其中，加力端底座承台112与中间底座承台114的一端连接，用于安装千斤顶150以及第一固定组件120。具体地，加力端底座承台112包括底板、第一侧板、第二侧板以及第三侧板，所述第一侧板以及第二侧板分别设置于所述底板相对的两条边，所述第三侧板设置于所述底板的另一条边。第一固定组件120的两侧分别与第一侧板以及第二侧板滑动连接，第三侧板与千斤顶150的一端连接。

中间底座承台114用于安装轨道160以及位移传感器140。在本实施例中，中间底座承台114的个数为3个。需要说明的是，在其他实施例中，中间底座承台114的数量也可以是其他个数，通过设置不同数量的中间底座承台114，可得到不同长度的模拟轨道160。

非加力端底座承台116的一端与中间底座承台114的另一端连接，用于安装第二固定组件130。非加力端底座承台116包括支撑台以及第四侧板，支撑台的一端与中间底座承台114的另一端连接，支撑台的另一端与第四侧板连接；同时，第二固定组件130设置于支撑台并与第四侧板固定连接。

千斤顶150设置于加力端底座承台112，千斤顶150的两端分别与第三侧板以及第一固定组件120连接。千斤顶150用于模拟温度变化对压杆稳定试验装置100产生的作用力，其推导过程如下所述：

Δl＝α·l·Δt

其中，Δl为模型板164在温度力作用下的长度变化量，α为模型板164的温度线膨胀系数，l为模型板164的长度，Δt为环境的温度变化量。

又由于

其中，E为模型板164的弹性模量，α为模型板164的线膨胀系数，A为模型板164的截面积。

由上述公式可知，对于压杆稳定试验装置100，温度每上升Δt度，模型板164受到的力为：

F＝E·α·Δt·A

第一固定组件120设置于加力端底座承台112并与加力端底座承台112滑动连接，第一固定组件120还与轨道160的一端连接，用于固定轨道160，并将千斤顶150施加的力传递给轨道160。

请参阅图2，第一固定组件120包括分力件122、施力件121以及第一楔形块123。

其中，施力件121用于固定轨道160，并将千斤顶150施加的力传递给轨道160。具体地，施力件121包括第一表面以及与第一表面相对设置的第二表面，第二表面开设有凹槽。第一表面与分力件122连接，凹槽用于安装轨道160以及第一楔形块123。

分力件122设置于千斤顶150以及施力件121的第一表面之间，用于分散千斤顶150施加的力，使得千斤顶150施加的力更加分散、均匀地作用于轨道160。在本实施例中，分力件122为“L”型，具体地，分力件122包括横板以及竖板，横板与施力件121的顶面连接，竖板设置于千斤顶150以及施力件121的第一表面之间。

第一楔形块123设置于施力件121的凹槽内，用于固定轨道160，以免轨道160发生位移。当操作人员需要安装或拆卸轨道160时，将第一楔形块123从凹槽内取出；当操作人员需要固定轨道160时，将第一楔形块123卡入施力件121的凹槽内，以将轨道160的一端固定于凹槽内。

压力传感器设置于分力件122以及施力件121的第一表面之间，用于感应千斤顶150施加的力。

在本实施例中，压杆稳定试验装置100包括4个压力传感器。4个压力传感器分别均匀分布于分力件122以及施力件121的第一表面之间；通过将4个压力传感器分别均匀分布于分力件122以及施力件121的第一表面之间，可使得压力传感器感应到的力更为均匀、准确，以使得最终实验结果更为精确、符合实际。

需要说明的是，在其他实施例中，压力传感器的个数也可以为其他数目，在此不做限制。

压杆稳定试验装置100还包括两个滑轨172、两个连接件176以及两个滑块174。其中，两个滑轨172分别设置于第一侧板以及第二侧板，两个滑块174分别设置于两个滑轨172，两个连接件176的一侧分别与两个滑块174连接，两个连接件176的另一侧分别与第一表面两侧连接。

在本实施例中，连接件176为“T”型。连接件176包括第五侧板以及第六侧板，第五侧板垂直设置于第六侧板，第六侧板与滑块174连接，第五侧板设置有多个通孔，与之对应地，所述施力件121第一表面的两侧也设置有通孔，螺栓依次穿过施力件121第一表面的通孔、第五侧板的通孔后由螺母固定。

需要说明的是，在其他实施例中，连接件176也可以为其他形状，连接件176与施力件121的连接方式也可以为其他方式，在此不做限制。

通过设置滑轨172、滑块174以及连接件176，可以使得第一固定组件120与加力端底座承台112滑动连接；从而在千斤顶150施力时，能够平稳地推动第一固定组件120，使第一固定组件120两侧受到的推力一致，从而使得压力传感器感应到的力更为均匀、准确，最终实验结果更为精确、符合实际。

请参阅图3，第二固定组件130设置于非加力端底座承台116，第二固定组件130还与轨道160的另一端连接，用于固定轨道160。具体地，第二固定组件130包括受力件131以及第二楔形块132。

受力件131包括相对设置的第三表面以及第四表面，第三表面与第四表面相对设置，且第四表面开设有凹槽。受力件131设置于非加力端底座承台116，且第三表面与非加力端底座承台116的第四侧板连接，凹槽用于固定轨道160的另一端以及第二楔形块132。

第二楔形块132设置于受力件131的凹槽内，用于固定轨道160，以免轨道160发生位移。当操作人员需要安装或拆卸轨道160时，将第二楔形块132从凹槽内取出；当操作人员需要固定轨道160时，将第二楔形块132卡入施力件121的凹槽内，以将轨道160的一端固定于凹槽内。

轨道160铺设于中间轨道承台110，轨道160的两端分别与第一固定组件120以及第二固定组件130连接。具体地，轨道160包括垫板162以及模型板164，垫板162设置于轨道承台110，模型板164设置于垫板162的上方，且模型板164的一端延伸进施力件121的凹槽内，另一端延伸进受力件131的凹槽内，并分别通过第一楔形块123以及第二楔形块132卡住，以免在实验过程中发生位移。

需要说明的是，垫板162可以是刚性垫板162也可以是弹性垫板162，采用不同的垫板162可改变模型版下方的基础弹性模量，从而使得压杆稳定试验装置100具有不同的实验环境，可模拟不同基础形式下的模型板164失稳特性。

在一种优选的实施例中，垫板162包括多个垫片，多个垫片等间距设置于轨道承台110，模型板164设置于多个垫片上。通过将多个垫片等间距设置形成垫板162，可以使得压杆稳定试验装置100模拟间断支撑的情况。

在本实施例中，垫板162为钢制垫板，模型板164为铝板，压杆稳定试验装置100则处于刚性基础下、连续轨道的实验环境。

轨道160还包括多个支撑条，多个支撑条皆设置于垫板162于模型板164之间。通过设置支撑条可使得压杆稳定试验装置100模拟具有上供现象的无砟轨道；此外，通过设置不同直径的支撑条，可使得压杆稳定试验装置100模拟具有不同初始上供值的无砟轨道。

多个位移传感器140等间隔设置于中间底座承台114，通过位移传感器140可测量模型板164的上供值。

第二实施例

请参阅图4，本发明实施例还提供了另一种压杆稳定试验装置100，需要说明的是，本发明实施例所提供的压杆稳定试验装置100，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。

本实施例提供的压杆稳定试验装置100，包括防变形框架180、轨道承台110、千斤顶150、第一固定组件120、轨道160、第二固定组件130、多个位移传感器140以及至少一个压力传感器。

防变形框架180与轨道承台110一体成型，用于防止轨道承台110在实验过程中出现的变形的情况。通过将防变形框架180与轨道承台110一体成型设置，能使得实验人员使用压杆稳定试验装置100做实验时，减小实验装置带来的误差，获得更加准确的数字，从而能更精准地研究温度对压杆稳定试验装置100的影响。

此外，在本实施例中，压杆稳定试验装置100还包括多个挡板178，多个挡板178分别设置于轨道承台110两端的背面。挡板178用于增强轨道承台110的稳定性，以避免在千斤顶150施力时，千斤顶150对轨道承台110的作用力使轨道承台110变形。此外，在本实施例中，并不限制挡板178与轨道承台110的连接方式，挡板178与轨道承台110可以一体成型、可拆卸连接或是固定连接等等。

请参阅图5，在本实施例中，第一固定组件120还包括第一垫片124，第一垫片124设置于第一楔形块123与轨道160之间，用于进一步固定轨道160。当凹槽的宽度较大，而轨道160的厚度较小时，第一楔形块123与轨道160之间还存在较大的间隙，仅通过第一楔形块123并不能很稳固地固定轨道160，通过将第一垫片124设置于第一楔形块123与轨道160之间，便能进一步减小轨道160与第一楔形块123之间的间隙，从而进一步地固定轨道160。

相应地，通过第一垫片124还能使压杆稳定试验装置100可应用多种不同厚度的轨道160。例如，当轨道160的厚度较小时，可在第一楔形块123与轨道160之间设置数量相对较多的第一垫片124；当轨道160的厚度较大时，可在第一楔形块123与轨道160之间设置数量相对较少的第一垫片124。

请参阅图6及图7，在本实施例中，第二固定组件130还包括第二垫片133，第二垫片133设置于第二楔形块132与轨道160之间，用于进一步固定轨道160。当凹槽的宽度较大，而轨道160的厚度较小时，第二楔形块132与轨道160之间还存在较大的间隙，仅通过第二楔形块132并不能很稳固地固定轨道160，通过将第二垫片133设置于第二楔形块132与轨道160之间，便能进一步减小轨道160与第二楔形块132之间的间隙，从而进一步地固定轨道160。

本发明提供的压杆稳定试验装置100的实验过程为：

1)通过千斤顶150施加不同的力；

2)记录压力传感器的读数；

3)记录不同的力对应的由位移传感器140记录的上供值；

4)分析数据，得出结论。

综上所述，本发明提供了一种压杆稳定试验装置，通过用轨道承台安装轨道，使得轨道有较稳定的载体，具有较好的实验环境；并通过第一固定组件已经第二固定组件固定轨道，以避免因为轨道出现约束不良等情况带来的实验误差；接着通过千斤顶给轨道施加力，以模拟温度变化对轨道产生的作用力，最终实现研究温度对压杆稳定试验装置的影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。