一种轻质高强复合材料步行板成品性能检测工装的制作方法

本实用新型涉及铁路桥梁技术领域，特别是一种轻质高强复合材料步行板成品性能检测工装。

背景技术：

桥梁人行道步行板在国内还存在少量的橡胶步行板，其采用钢筋网外硫化橡胶的方式制作，存在成本高、易老化、挠度大等缺点，使其不能广泛推广应用。现有的复合材料步行板将玻璃纤维增强材料、不饱和聚酯或聚氨酯树脂通过拉挤成型工艺，在高温条件下固化成型，其具有质量轻、强度高、耐酸碱腐蚀、安装灵活、寿命长、环保、质量稳定等技术特点被广泛推广应用。

在复合材料步行板生产过程中，需要对复合材料步行板的成品性能进行测试，包括静载强度、疲劳强度、局部抗压强度、挠度等，其中，静载强度测试又分为均布载荷测试和集中载荷测试。在均布载荷测试中，考虑到铁路步行板承受10kPa的堆砟载荷，理论上要求载荷均匀分布在跨距间的步行板上，且在实验中载荷和步行板是完全贴合的，这就要求与步行板相接触的不能是刚性物体，而且在实验中接触的面必须完全贴合且不能留有空隙；此外，还要求加载过程中能够分十级加载，直至10kPa；另外，实验要求步行板两端必须是简支约束。同样在集中载荷测试中，作用面积需模拟单脚踩在步行板上面的情况，测试实验中也要求步行板两端必须是简支约束，同时还需要获得步行板的破坏载荷。

鉴于待检测步行板复杂，直接取样测得的力学性能并不能充分反应出步行板的实际性能，因此，按照实际工况来测试成品的力学性能就非常有必要。然而，目前对步行板的成品检测并没有相应的国标，更没有对复合材料步行板的成品性能进行测试实验制定出相关的标准，也没有相应的实验工装，使得测试效果不好。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是提供了一种用于检测步行板成品性能的工装，以解决目前对复合材料步行板进行成品性能测试时没有与之相应的测试工装而造成测试效果不好的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种轻质高强复合材料步行板成品性能检测工装，包括用于支撑待检测步行板以满足简支约束要求的步行板支撑结构；所述步行板支撑结构的上方设置有用于对待检测步行板施加载荷的施力加载机构，所述待检测步行板的下方设置有用于检测待检测步行板在施力加载机构作用下产生的应变量和位移量的性能检测机构。

进一步优化技术方案，所述步行板支撑结构包括分别设置在待检测步行板两端部下方的两个支撑圆棒，支撑圆棒的下方配装设置有用于对支撑圆棒、待检测步行板以及施力加载机构起支撑作用的底座。

进一步优化技术方案，所述施力加载机构包括用于向待检测步行板施加均布载荷的均布载荷施力加载机构和用于向待检测步行板施加集中载荷的集中载荷施力加载机构；所述均布载荷施力加载机构包括设置在待检测步行板上方用于对待检测步行板施加均布载荷的水袋以及设置在水袋周围用于对水袋起束缚作用以防止水袋中的水膨胀过度的水袋横向束缚结构。

进一步优化技术方案，所述水袋的底部贴合设置在待检测步行板顶部，水袋的顶部设置有用于将水袋顶沿悬挂在水袋横向束缚结构上的水袋挂口。

进一步优化技术方案，所述水袋横向束缚结构包括分别对应设置在水袋两侧面用于对水袋起到束缚作用的一对铁架以及围设在铁架和水袋外侧的环形限制圈；所述铁架包括平行于待检测步行板的铁架底板、与铁架底板两端固定连接的一对铁架竖板以及设置在两铁架竖板之间的铁架档条，两铁架竖板的顶部设置有固定于吊架的铁架顶板；所述铁架顶板上固定设置有穿设于水袋挂口用于将水袋顶部开口拉起以防止水袋内水外泄的水袋挂钩。

进一步优化技术方案，所述集中载荷施力加载机构包括放置在待检测步行板上的钢块以及设置在钢块上方对钢块施加载荷的压力机。

进一步优化技术方案，所述钢块与待检测步行板贴合的底端面上设置有用于防止钢块直接作用于步行板上而造成步行板受损的橡胶片。

进一步优化技术方案，所述性能检测机构包括匀布在待检测步行板下方用于检测待检测步行板纵向位移的位移计以及用于检测待检测步行板各位置应变量的应变片。

进一步优化技术方案，所述待检测步行板包括步行板面板以及设置在步行板面板下方的多个倒T型肋板，相邻两倒T型肋板之间形成凹型槽；多个位移计分别间隔设置在不同倒T型肋板中部的下方，应变片分别依次设置在位于待检测步行板中部的倒T型肋板和凹型槽上。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型结构新颖、设计巧妙、实用性强，通过在待检测步行板上方设置施力加载机构的方式来分别模拟均布载荷测试和集中载荷测试，并通过性能检测机构来检测出待检测步行板中部的应变量以及纵向位移量，进而来判别待检测步行板是否满足性能要求，测试数据准确，大大地提高了测试的效率，测试效果好。

本实用新型在进行均布载荷测试时，通过在步行板面板上方设置水袋，并向水袋内分次加入定量的水，来以模拟分级加载的方式，使得水袋能够完全与步行板面板相贴合，且水袋与步行板面板相接触的部位受力均相同，使得本实用新型能够模拟出均布载荷。

本实用新型在进行集中载荷测试时，通过在步行板面板上方设置钢块，并通过压力机对钢块施加集中载荷的方式，使得本实用新型能够模拟出人脚踩在步行板上面的情况，对其进行测试后，再对步行板持续集中加载直至出现裂痕，以获取其破坏载荷。

本实用新型性能检测机构中的位移计设置在待检测步行板中部的下方，通过位移放大器可以读取各个位置的纵向位移，以判断是否满足竖向扰度要求；应变片分别依次设置在位于待检测步行板中部的倒T型肋板和凹型槽上，应变片电路连接于应变仪，通过应变仪可以读取各个位置的应变值，使得本实用新型检测十分方便有效。

附图说明

图1为本实用新型在进行均布载荷测试时的结构示意图一；

图2为本实用新型在进行均布载荷测试时的结构示意图二；

图3为本实用新型所述应变片的排布结构示意图；

图4为本实用新型在进行集中载荷测试时的结构示意图。

其中：1、待检测步行板，11、步行板面板，12、倒T型肋板，13、凹型槽；2、水袋，21、水袋挂口；3、水袋横向束缚结构，31、铁架，311、铁架底板，312、铁架档条，313、铁架顶板，314、铁架竖板，32、环形限制圈，33、水袋挂钩；4、性能检测机构，41、应变片，42、位移计；5、步行板支撑结构，51、底座，52、支撑圆棒；6、钢块；7、压力机。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种轻质高强复合材料步行板成品性能检测工装，其结构如图1至图3所示，包括步行板支撑结构5、施力加载机构和性能检测机构4。待检测步行板1放置在步行板支撑结构上；施力加载机构设置在待检测步行板1的上方；性能检测机构4设置在待检测步行板的下方，用于检测待检测步行板1在施力加载机构作用下产生的应变量和位移量。

待检测步行板1包括步行板面板11和倒T型肋板12。步行板面板11和倒T型肋板12通过连续纤维和聚氨酯树脂制备得到，倒T型肋板12设置在步行板面板11下方，相邻两倒T型肋板12之间形成凹型槽13。

步行板支撑结构5用于支撑待检测步行板，实现简支约束要求，包括支撑圆棒52和底座51。两个支撑圆棒52分别设置在待检测步行板1下方两端部下方，距离步行板边缘10cm处，能够满足简支约束的要求，跨距可以调节；每个支撑圆棒52的两端分别设置有一个底座51，底座51上开设有与支撑圆棒52形状相配合的豁口，用于对对支撑圆棒52、待检测步行板1以及施力加载机构起支撑作用。

施力加载机构包括均布载荷施力加载机构和集中载荷施力加载机构。均布载荷施力加载机构用于向待检测步行板施加均布载荷；集中载荷施力加载机构用于向待检测步行板施加集中载荷。

在做均布载荷测试时，施力加载机构为均布载荷施力加载机构，均布载荷施力加载机构包括水袋2和水袋横向束缚结构3。水袋2设置在待检测步行板1上方，水袋2的底部完全贴合设置在步行板面板11顶部，水袋2的顶部开设有水袋挂口21，水袋挂口21用于将水袋顶沿悬挂在水袋横向束缚结构3上，水袋用于对待检测步行板1施加均布载荷，通过每次往水袋里加定量的水来模拟均布载荷分级加载的效果。

水袋横向束缚结构3设置在水袋2周围，用于对水袋2起束缚作用以防止水袋2中的水膨胀过度，而不与待检测步行板接触。水袋横向束缚结构3包括铁架31和环形限制圈32。一对铁架31分别对应设置在水袋2两侧面，用于对水袋2起到束缚作用，水袋底可以穿出铁笼并对铁笼起支撑作用；环形限制圈32围设在铁架31和水袋2外侧，能够起到防止水袋横向膨胀过度的作用。铁架31包括铁架底板311、铁架竖板314、铁架档条312和铁架顶板313。两个铁架竖板314竖向设置，与铁架底板311固定连接；铁架档条312设置在两铁架竖板314之间，铁架档条312能够对对水袋起到横向束缚的作用；铁架顶板313设置在铁架竖板314上，固定于吊架上，使得铁架31不会和待检测步行板接触，仅仅对水袋2起到一个横向束缚、限制的作用；铁架顶板313上固定设置有水袋挂钩33，水袋挂钩33穿设于水袋挂口21，用于将水袋2顶部开口拉起以防止水袋内水外泄。

性能检测机构4用于在检测过程中，对待检测步行板在施力加载机构作用下产生的应变量和位移量进行实时检测，包括位移计42和应变片41。位移计42设置在待检测步行板1中部的下方，多个位移计42分别间隔设置在不同倒T型肋板12中部的下方，用于检测倒T型肋板12纵向位移，通过位移放大器可以读取各个位置的纵向位移，以判断是否满足竖向扰度要求；应变片41分别依次设置在位于待检测步行板1中部的倒T型肋板12和凹型槽13上，用于检测待检测步行板1中部各位置应变量，应变片41电路连接于应变仪，通过应变仪可以读取各个位置的应变值。

本实用新型在进行均布载荷测试时，向水袋2内分次加入定量的水，以模拟分级加载过程，由于本实用新型采用水作为载荷，容易获取，液体不同于刚性物体，使得水袋2能够完全与步行板面板11相贴合，且水袋与步行板面板相接触的部位受力均相同，使得本实用新型能够模拟出均布载荷。性能检测机构4中的应变片41能够检测出待检测步行板中部的倒T型肋板12和凹型槽13各个位置的应变量，工作人员能够通过应变仪可以读取各个位置的应变值。获得各个位置的应变值后，通过分析可以判别是不是线性变形，也可以获取非线性变形的位置。性能检测机构4中的位移计42能够检测出倒T型肋板的纵向位移，工作人员通过位移放大器可以读取各个位置的纵向位移，以此来判断是否满足竖向扰度要求。

当本实用新型在进行集中载荷测试时，仅将上述的施力加载机构更换为集中载荷施力加载机构，集中载荷施力加载机构包括钢块6和压力机7，如图4所示。钢块6放置在步行板面板11中部上方，钢块6设置为100mm×200mm×25mm尺寸，与人脚尺寸相近；压力机7设置在钢块6上方，对钢块6施加集中载荷。为了防止钢块直接作用于步行板上而造成步行板受损，钢块与步行板之间设置有橡胶片，橡胶片的厚度可设置为2mm，橡胶片的设置还能模拟人脚踩在步行板上面的情况。

本实用新型在进行集中载荷测试时，直接用压力机作用在钢块上施加载荷，模拟出人脚踩在步行板上面的情况，应变片检测出待检测步行板中部的应变量，工作人员能够通过应变仪可以读取各个位置的应变值。获得各个位置的应变值后，通过分析可以判别是不是线性变形，也可以获取非线性变形的位置。性能检测机构中的位移计能够检测出倒T型肋板的纵向位移，工作人员通过位移放大器可以读取各个位置的纵向位移，以此来判断是否满足竖向扰度要求。再对步行板持续集中加载直至出现裂痕，以获取其破坏载荷。

本实用新型的性能检测方法，具体包括以下步骤：

A.将待检测步行板放置在步行板支撑结构上，并使待检测步行板的两端搭放在步行板支撑结构两端的支撑圆棒上，从而使得待检测步行板能够被支撑起来。

B.根据步行板检测要求，将性能检测机构的应变片和位移计贴附在待检测步行板的底端面上。将多个应变片分别依次贴附在位于待检测步行板中部的倒T型肋板和凹型槽上，使得各个应变片电路连接于应变仪，以便于通过应变仪读取各个位置的应变值；将多个位移计设置在待检测步行板中部的下方，使得位移计分别间隔设置在不同倒T型肋板中部的下方，并将位移计连接位移放大器，以便于读取各个位置的纵向位移。

C.进行均布载荷测试：将水袋横向束缚结构的铁架顶板固定在待检测步行板上方的吊架上，将水袋顶部的水袋挂口悬挂在水袋横向束缚结构的水袋挂钩上，水袋悬挂的高度满足测试时水袋底端面铺满整个待检测步行板的要求。向水袋中分多次添加定量水来实现对待检测步行板施加均布载荷的模拟试验。通过设置在待检测步行板下方的性能检测机构实时检测待检测步行板的均载的纵向位移和均载的应变量；工作人员能够通过应变仪可以读取各个位置的应变值，当获得各个位置的应变值后，通过分析可以判别是不是线性变形，也可以获取非线性变形的位置；工作人员再通过位移放大器可以读取各个位置的纵向位移，以此来判断待检测步行板是否满足竖向扰度要求。

D.进行集中载荷测试：将水袋中的水排出并将水袋取下，可将步行板支撑结构以及放置在其上的待检测步行板移动到一边，少了水袋横向束缚结构的阻挡，使得钢块和压力机能够更好地进行放置，将钢块放置在待检测步行板上，并在钢块和待检测步行板之间放置橡胶片，再将压力机放置在钢块上；也可取下水袋后，直接将钢块放置在待检测步行板上，并在钢块和待检测步行板之间放置橡胶片，再将压力机放置在钢块上。通过压力机和钢块向待检测步行板施加集中载荷来实现对待检测步行板施加集中载荷的模拟试验。通过设置在待检测步行板下方的性能检测机构中的应变仪实时检测待检测步行板的集中载荷的应变量；通过位移放大器实时检测待检测步行板的集中载荷纵向位移，以此来判断待检测步行板是否满足竖向扰度要求。

E.根据步骤C和步骤D测试的数据进行对待检测步行板成品性能参数的分析，以此来判别待检测步行板的静载强度性能是否达标。