[发明专利]考虑边界效应的双线轨道路基缩尺试验模型系统

说明书

本发明公开了一种考虑边界效应的双线轨道路基缩尺试验模型系统，属于轨道检测设备技术领域。该系统包括阻尼土箱、双线铁路轨道路基缩尺结构模型、荷载输入系统和数据采集系统。阻尼土箱由内膜层、弹簧层、外金属层、外伸梁、连接线组成；双线铁路轨道路基缩尺结构模型由无砟轨道或有砟轨道、路基、地基层组成；荷载输入系统由作动器和连接梁组成；数据采集系统由上部轨道结构检测装置、下部路基地基结构检测装置、数据采集存储系统及连接装置、电脑组成。本发明可考虑边界效应，使模型充分真实的反映原型，实现对于实际双线轨道路基动力响应的研究。

技术领域

本发明属于轨道测试设备技术领域，尤其涉及到一种考虑边界效应的双线轨道路基缩尺试验模型系统。

背景技术

目前对于铁路轨道和路基动力响应的研究有现场试验和室内试验，而现场试验受列车运行环境的限制，测试费用昂贵，对测试技术要求很高，因此室内试验成为了主要的研究手段。目前室内试验主要集中在单线足尺(全比例)无路堤结构的轨道路基系统，而且足尺模型体量巨大，对于人力、财力、物力都是极大挑战，测试费用可与现场试验相当。更重要的是，在一般的室内试验中始终未有解决过模型的边界问题，一般只是把模型放在钢制箱体或混凝土砌体墙体中。而我国在建和已经投入使用的有砟和无砟、低速和高速铁路基本都是双线带路堤的轨道路基结构，针对实际运行的铁路模型进行研究很有必要。建立符合实际的双线带路堤轨道路基试验模型系统，并进行能模拟真实结构的缩尺试验，这不仅能解决我国在建和已经投入使用双线轨道路基结构鲜有研究的难题，相对足尺结构试验还能大大的节省人力、财力、物力。

而在真实情境下，地基没有边界，但是一般模型都是有固定尺寸的，当前研究认为边界处可假定各位置主要存在向外部可移动的有限位移和能量消耗(实际为向外部的能量传递)。但在当前室内试验中，由于轨道、路基和地基模型盛放在钢制箱体或混凝土砌体墙体中，即模型边界采用固定边界。在这种情况下，上部作动器模拟的列车荷载传递到模型边界时，固定边界既无法提供让路基和地基自由移动，也无法吸收传来的能量(即导致本应通过边界传到模型外的能量又返回到了模型内部，致使模型整体能量假性偏大)，已有研究表明固定边界试验结果与真实情境的路基响应结果差距较大。

发明内容

为了克服现有室内模型试验的不足，给路基和地基提供实际中自由移动的位移，通过阻尼土箱吸收边界处本应传导出去的能量，保持模型整体能量平衡，更加真实的反映原型。本发明提供了一种考虑边界效应的双线轨道路基缩尺试验模型系统，包括阻尼土箱、双线铁路轨道路基缩尺结构模型、荷载输入系统和数据采集系统。阻尼土箱用以提供模型的边界，即用以考虑模型的边界效应、以及盛放模型；双线铁路轨道路基缩尺结构模型用以提供试验模型；荷载输入系统用以提供输入荷载；数据采集系统用以采集模型在输入荷载下产生的动力响应数据；其中，双线铁路轨道路基缩尺结构模型盛放在阻尼土箱中，荷载输入系统在双线铁路轨道路基缩尺结构模型上部，数据采集系统中的检测装置埋在双线铁路轨道路基缩尺结构模型中。

进一步，阻尼土箱包括内膜层、弹簧层、外金属层、外伸梁、连接线，由内到外依次为内膜层、弹簧层、外金属层。内膜层上部开口，其包括底面和侧面，侧面和底面通过粘接成为一体，且底面平整；弹簧层包括若干相互对立的弹簧，弹簧的两端分别与内膜层、外金属层粘接或焊接，且每个弹簧的中心轴均垂直于内膜层，在优选的实施方式中，弹簧成组有序排列；外金属层上部开口，作为举例而非限定，外金属层可以是长方体形状的，在长方体四个角的顶部上分别设置平行于其底面且与其侧面有一定夹角的、向其内部突出的外伸梁，外伸梁的内端为悬臂式，外伸梁的外端与外金属层焊接固定；作为举例而非限定，外伸梁也可以是长方体形状的，外伸梁的内端(即远离外金属层的一端)开设有通孔，通孔的直径大于连接线外径；内膜层的侧面顶部设有用于穿设连接线的穿孔，在优选的实施方式中，内膜层各侧面顶部向内适当卷起，且卷起边顺势以粘接方式固定在内膜层的侧面膜层上并形成可穿线的穿孔；连接线穿设于穿孔内，且连接线两端分别系于与各自最接近的外伸梁的通孔中，用以固定整个阻尼土箱。