一种铁路声屏障用靴形钢柱脚疲劳试验装置及其疲劳测试方法

摘要

本发明涉及建筑设备技术领域，本发明的一种铁路声屏障用靴形钢柱脚疲劳试验装置，所述疲劳试验装置包括：反力墙、混凝土台座、作动器、工具梁、螺纹钢和靴形钢柱脚；所述工具梁设置在所述反力墙与所述混凝土台座之间进行限位，所述混凝土台座的上表面对称预埋有多根螺杆，且螺杆预埋在混凝土台座内的部分、混凝土台座上、以及靴形钢柱脚表面均布设有多个应变片；所述靴形钢柱脚的左右两侧均设置有加载板，且靠近所述反力墙一侧的加载板通过螺栓螺母连接固定在所述作动器的输出端上。本发明的疲劳试验方法通过设置的作动器模拟列车脉动风压，对声屏障的钢柱脚构件在列车通过时产生的脉动压力以及其他多种载荷作用下的疲劳性能，操作简单。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑设备技术领域，具体为一种铁路声屏障用靴形钢柱脚疲劳试验装置及其疲劳测试方法。

背景技术

声屏障主要用于公路、高速公路、高架复合道路和其它噪声源的隔声降噪。分为纯隔声的反射型声屏障和吸声与隔声相结合的复合型声屏障，后者是更为有效的隔声方法。

当列车通过声屏障时，列车脉动风压会对声屏障产生拉压作用，在设计使用寿命期，需承受数百万次的列车脉动风压作用。声屏障不仅要满足声学性能，还要满足力学性能和物理性能。铁路声屏障抗疲劳性能是其力学性能的一项重要指标，需要在最不利设计荷载工况下对声屏障产品进行疲劳试验，以考察其抗疲劳性能。

当列车速度较高时，声屏障为全封闭结构时，列车脉动压力对声屏障的作用效果十分明显。因此有必要针对列车脉动风压作用及铁路声屏障特点，提供一种适用于铁路声屏障疲劳试验的疲劳试验方法，用于模拟列车脉动风压对声屏障主体钢结构产生拉压循环作用的工况，满足测试力值精度、获取试验定量数据，满足不同规格声屏障试样的试验需求。鉴于此，我们提出一种铁路声屏障用靴形钢柱脚疲劳试验装置及其疲劳测试方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁路声屏障用靴形钢柱脚疲劳试验装置及其疲劳测试方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铁路声屏障用靴形钢柱脚疲劳试验装置，所述疲劳试验装置包括：反力墙、混凝土台座、作动器、工具梁、螺纹钢和靴形钢柱脚；

所述反力墙与所述混凝土台座对立设置，且所述混凝土台座通过地脚螺栓固定在地槽上；

所述工具梁设置在所述反力墙与所述混凝土台座之间进行限位，且所述螺纹钢的两端连接固定所述反力墙与所述混凝土台座；

所述混凝土台座的上表面对称预埋有多根螺杆，且所述螺杆预埋在所述混凝土台座内的部分、所述混凝土台座上、以及所述靴形钢柱脚表面均布设有多个应变片；

所述靴形钢柱脚通过所述螺杆安装固定在所述混凝土台座上，所述作动器水平安装在所述反力墙上，所述靴形钢柱脚的左右两侧均设置有加载板，且靠近所述反力墙一侧的加载板通过螺栓螺母连接固定在所述作动器的输出端上。

优选的，还包括位移计，所述靴形钢柱脚的四角、以及所述螺杆上均安装有所述位移计，所述位移计用于采集所述靴形钢柱脚在受力情况下的位移情况、以及所述螺杆的松动情况。

优选的，所述螺纹钢设置有两根，对称布置在所述混凝土台座的两侧；

其中，所述螺纹钢穿过所述反力墙的一端通过设置的限位螺母进行锁紧；

所述螺纹钢靠近所述混凝土台座的一端设置有挡板，且所述挡板通过设置的限位螺母将所述混凝土台座向靠近所述反力墙的一侧锁紧。

优选的，所述加载板通过设置的十字钢板焊接固定在所述靴形钢柱脚上，且所述靴形钢柱脚两侧的加载板对称布置

优选的，所述靴形钢柱脚的表面设置有多根用于增韧的横向加劲肋和竖向加劲肋。

优选的，所述作动器连接外界的伺服液压源，且所述伺服液压源的出油口与所述作动器的进油口连通，所述伺服液压源的进油口与所述作动器的出油口连通；

所述应变片连接外界的应力采集仪，用于采集所述靴形钢柱脚在受力情况下的应变情况。

本发明还提供一种疲劳测试方法，利用所述的疲劳试验装置进行铁路声屏障的疲劳测试，包括以下步骤：

步骤1：装置安装

11、将螺纹钢的一端穿过反力墙，另一端穿过钢板，且钢板宽度大于两根螺纹钢的间距，两端通过螺帽进行固定；

12、将工具梁放置在混凝土台座与反力墙之间，保证混凝土台座与反力墙之间相对位置的固定；

步骤2：设备调试

21、将作动器和靴形钢柱脚分别安装在反力墙和混凝土台座上，且作动器水平放置，靴形钢柱脚竖直放置；

22、利用螺栓将作动器的输出端与靴形钢柱脚一侧的加载端板连接固定，同时，将作动器连接外界的伺服液压源，将应变片连接外界的应力采集仪；

步骤3：疲劳试验，包括疲劳加载和静力加载两种加载形式；

其中，疲劳加载设置有两种工况：

工况A：在靴形钢柱脚的疲劳裂纹出现前，作动器每加载20万次暂停一次；

工况B：在靴形钢柱脚的疲劳裂纹出现后，作动器每加载10万次暂停一次；

静力加载为：逐级增大作动器的加载压力，直至加载到靴形钢柱脚的疲劳荷载值；

疲劳试验过程包括以下步骤：

步骤31：对靴形钢柱脚进行静力加载；

步骤32：工况A状态下进行疲劳加载，且作动器每加载20万次进行一次静力加载；

步骤33：工况B状态下进行疲劳加载，且作动器每加载10万次进行一次静力加载；

步骤31、步骤32和步骤33在进行疲劳加载和静力加载的过程中，通过应变片采集的螺杆、混凝土台座和靴形钢柱脚应变数据，通过位移计采集靴形钢柱脚和螺杆的位移读数；同时，观察并记录靴形钢柱脚焊缝开裂情况或记录裂纹的扩展长度和形态，并监测螺杆工作状态和混凝土台座工作状态；

步骤4：根据应变片记录的应变数据可实时监控测试过程中螺杆、混凝土台座和靴形钢柱脚的受力状况；

根据靴形钢柱脚四角的位移计记录数据，可判断靴形钢柱脚与混凝土台座之间是否满足固结；

根据螺杆上的位移计记录数据，可判断螺杆是否有发生松动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该铁路声屏障用靴形钢柱脚疲劳试验装置及其疲劳测试方法，通过设置的作动器模拟列车脉动风压对声屏障试件产生拉压循环作用的工况，评估全封闭声屏障的钢柱脚构件在列车通过时产生的脉动压力以及其他多种载荷作用下的疲劳性能，探索螺杆和钢柱脚构件内部或外部受弯时在疲劳荷载作用下的受力机制，验证钢柱脚构件的安全性，结构简单，便于使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构侧视图；

图3为本发明的反力墙和混凝土台座的安装结构示意图；

图4为本发明中混凝土台座部分剖视图；

图5为本发明中靴形钢柱脚的结构示意图。

图中：1、反力墙；2、混凝土台座；21、应变片；3、作动器；4、工具梁；5、螺纹钢；51、挡板；52、限位螺母；6、靴形钢柱脚；61、加载板；611、十字钢板；62、横向加劲肋；63、竖向加劲肋；7、螺杆；8、地脚螺栓；9、位移计。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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设备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。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。此外，在本发明的描述中，“多根”、“多个”的含义是个数为两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

一种铁路声屏障用靴形钢柱脚疲劳试验装置，如图1-5所示，疲劳试验装置包括：反力墙1、混凝土台座2、作动器3、工具梁4、螺纹钢5和靴形钢柱脚6；反力墙1与混凝土台座2对立设置，且混凝土台座2通过地脚螺栓8固定在地槽上；工具梁4设置在反力墙1与混凝土台座2之间进行限位，且螺纹钢5的两端连接固定反力墙1与混凝土台座2；混凝土台座2的上表面对称预埋有多根螺杆7，且螺杆7预埋在混凝土台座2内的部分、混凝土台座2上、以及靴形钢柱脚6表面均布设有多个应变片21；靴形钢柱脚6通过螺杆7安装固定在混凝土台座2上，作动器3水平安装在反力墙1上，靴形钢柱脚6的左右两侧均设置有加载板61，且靠近反力墙1一侧的加载板61通过螺栓螺母连接固定在作动器3的输出端上，整个疲劳测试装置结构简单，现场组装方便，且测试成本低廉，便于使用。

值得说明的是，还包括位移计9，靴形钢柱脚6的四角、以及螺杆7上均安装有位移计9，位移计9用于采集靴形钢柱脚6在受力情况下的位移情况、以及螺杆7的松动情况，其中，靴形钢柱脚6四角的位移计9触点竖直接触靴形钢柱脚6，用于准确的检测其在测试过程中在水平方向上的直线位移变化，螺杆7上的位移计9触点水平接触螺杆7的外表面，用于准确的检测其在测试过程中螺杆7发送周向松动的位移变化情况。

具体的，螺纹钢5设置有两根，对称布置在混凝土台座2的两侧；其中，螺纹钢5穿过反力墙1的一端通过设置的限位螺母52进行锁紧；螺纹钢5靠近混凝土台座2的一端设置有挡板51，且挡板51通过设置的限位螺母52将混凝土台座2向靠近反力墙1的一侧锁紧，便于利用螺纹钢5将反力墙1与混凝土台座2相对夹持压紧在工具梁4的两端。

除此之外，加载板61通过设置的十字钢板611焊接固定在靴形钢柱脚6上，且靴形钢柱脚6两侧的加载板61对称布置，若只在靴形钢柱脚6内侧设置一个加载钢板，当靴形钢柱脚6内侧受拉，作动器3则会对加载板61施加压力，若靴形钢柱脚6外侧受拉，这时作动器3就会对加载板61施加一个拉力，由钢结构规范可知，当螺杆7发生疲劳破坏是其主要因素是其拉应力幅，而此时螺杆7所承受的应力幅就有可能高于设计应力幅，从而导致螺杆7先于构件破坏，为满足对称性及靴形钢柱脚6内侧和外侧受力时的差异，会对加载板61施加拉力，保证螺杆7只承受压力，不至于构件发生破坏，保证实顺利进行，故在靴形钢柱脚6两侧都设置了加载板61，保证螺杆7只受压力不受拉力，确保实验顺利进行。

进一步的，靴形钢柱脚6的表面设置有多根用于增韧的横向加劲肋62和竖向加劲肋63，增加靴形钢柱脚6躯干部的抗压强度。

除此之外，作动器3连接外界的伺服液压源，且伺服液压源的出油口与作动器3的进油口连通，伺服液压源的进油口与作动器3的出油口连通，通过伺服液压源为作动器3提供油液进行驱动，且通过回路的设置可以使油液循环使用，便于靴形钢柱脚6的长时间疲劳测试，此外，本发明的伺服液压源为现有设备，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对伺服液压源的改进。

值得注意的是，应变片21连接外界的应力采集仪，应力采集仪用于将应变片21感受的压力信号转化为数字信号直观的展示出来，此外，本发明的应力采集仪为现有设备，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对应力采集仪的改进。

实施例2

一种疲劳测试方法，利用所述的疲劳试验装置进行铁路声屏障的疲劳测试，包括以下步骤：

步骤1：装置安装

11、将螺纹钢5的一端穿过反力墙1，另一端穿过钢板51，且钢板51宽度大于两根螺纹钢5的间距，两端通过螺帽52进行固定；

12、将工具梁4放置在混凝土台座2与反力墙1之间，保证混凝土台座2与反力墙1之间相对位置的固定；

步骤2：设备调试

21、将作动器3和靴形钢柱脚6分别安装在反力墙1和混凝土台座2上，且作动器3水平放置，靴形钢柱脚6竖直放置；

22、利用螺栓将作动器3的输出端与靴形钢柱脚6一侧的加载端板61连接固定，同时，将作动器3连接外界的伺服液压源，将应变片21连接外界的应力采集仪；

步骤3：疲劳试验，包括疲劳加载和静力加载两种加载形式；

其中，疲劳加载设置有两种工况：

工况A：在靴形钢柱脚6的疲劳裂纹出现前，作动器3每加载20万次暂停一次；

工况B：在靴形钢柱脚6的疲劳裂纹出现后，作动器3每加载10万次暂停一次；

静力加载为：逐级增大作动器3的加载压力，直至加载到靴形钢柱脚6的疲劳荷载值；

疲劳试验过程包括以下步骤：

步骤31：对靴形钢柱脚6进行静力加载；

步骤32：工况A状态下进行疲劳加载，且作动器3每加载20万次进行一次静力加载；

步骤33：工况B状态下进行疲劳加载，且作动器3每加载10万次进行一次静力加载；

步骤31、步骤32和步骤33在进行疲劳加载和静力加载的过程中，通过应变片21采集的螺杆7、混凝土台座2和靴形钢柱脚6应变数据，通过位移计9采集靴形钢柱脚6和螺杆7的位移读数；同时，观察并记录靴形钢柱脚6焊缝开裂情况或记录裂纹的扩展长度和形态，并监测螺杆7工作状态和混凝土台座2工作状态；

步骤4：根据应变片21记录的应变数据可实时监控测试过程中螺杆7、混凝土台座2和靴形钢柱脚6的受力状况；

根据靴形钢柱脚6四角的位移计9记录数据，可判断靴形钢柱脚6与混凝土台座2之间是否满足固结；

根据螺杆7上的位移计9记录数据，可判断螺杆7是否有发生松动。

值得说明的是，疲劳加载过程中，应变片21连接外界的动态采集仪，静力加载过程中，应变片21连接外界的静态采集仪，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言。

通过上述内容不难看出，作动器3经伺服液压源进行驱动时，其输出端对靴形钢柱脚6进行反复的施压，靴形钢柱脚6焊缝处疲劳裂纹出现前，作动器3每加载20万次，并观察记录靴形钢柱脚6焊缝的开裂情况、螺杆7工作状态、节点板变形和混凝土台座2工作状态等；靴形钢柱脚6焊缝处疲劳裂纹出现后，每加载10万次，观察并记录裂纹的扩展长度、形态，检查螺杆7工作状态、节点板变形和混凝土台座2工作状态等，并通过应变片21采集应力变化的数据，以及通过位移计9采集位移读数，实时采集疲劳测试试验的各项指标变化情况，以此实现对铁路声屏障的靴形钢柱脚6进行疲劳试验的目的；

通过设置的作动器3模拟列车脉动风压对声屏障试件产生拉压循环作用的工况，评估全封闭声屏障的靴形钢柱脚6在列车通过时产生的脉动压力以及其他多种载荷作用下的疲劳性能，探索螺杆7和靴形钢柱脚6内部或外部受弯时在疲劳荷载作用下的受力机制，验证靴形钢柱脚6的安全性，结构简单，操作方便，便于普及和推广。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。