轨枕静载荷抗裂强度试验、轨枕疲劳强度和破坏强度试验检测-ag真人平台

轨枕力学性能试验检测技术研究

轨枕作为轨道结构的关键承重部件，其力学性能直接关系到铁路运营的安全与平稳。为确保轨枕质量，必须对其进行一系列严格的力学性能试验，其中静载荷抗裂强度试验、疲劳强度试验和破坏强度试验是评估其承载能力与耐久性的核心项目。

一、 检测项目与方法原理

1. 静载荷抗裂强度试验

   • 检测目的：测定轨枕在静态荷载作用下，首次出现可见裂纹时的荷载值，以验证其抗裂安全储备。

   • 方法原理：该试验采用三点弯曲或四点弯曲加载方式模拟轨枕在道床上的实际支承状态。试验时，荷载通过一个或两个加载头匀速施加于轨枕中间截面（对于预应力轨枕，通常位于轨下截面），支承点则位于枕端附近。荷载以恒定速率递增，同时通过高精度位移传感器监测挠度变化，并由观测人员全程目视或借助裂缝观测仪监视轨枕底面及侧面。当在受拉区混凝土表面首次出现宽度达到规定值（通常为0.05mm）的裂纹时，记录此刻的荷载值，即为静载抗裂强度。此过程检验的是轨枕在正常使用极限状态下的性能。

2. 疲劳强度试验

   • 检测目的：评估轨枕在长期重复荷载作用下的耐久性和抗力疲劳损伤的能力。

   • 方法原理：该试验模拟列车车轮通过时对轨枕产生的循环应力。将轨枕安装于疲劳试验机上，施加一个幅值恒定的脉冲荷载。此荷载的上限通常设定为低于静载抗裂荷载的某一百分比，下限则为一个较低的基准值，以模拟荷载的波动。试验以一定的频率（如4-10hz）进行数百万次循环（例如200万次、500万次或1000万次）。试验过程中，监测轨枕的挠度变化和刚度衰减情况。试验结束后，检查轨枕是否出现影响结构性能的疲劳裂纹，或是否通过了预定的循环次数而未破坏。此试验验证轨枕在长期使用中的结构完整性。

3. 破坏强度试验

   • 检测目的：确定轨枕在静载作用下终发生结构性破坏时的极限承载能力。

   • 方法原理：该试验通常在完成疲劳试验的轨枕上进行，也可在专用试件上进行。试验方法与静载抗裂强度试验类似，但继续加载直至轨枕完全丧失承载能力。加载过程持续进行，越过开裂荷载，观测裂缝的扩展、宽度和挠度的急剧增加，直至轨枕发生混凝土压溃、预应力筋屈服或拉断等破坏现象。记录破坏时的大荷载值，即为破坏强度。此指标反映了轨枕的终安全储备和承载潜力。

二、 检测范围与应用领域

轨枕力学性能检测覆盖了各类轨枕产品及其应用场景：

• 铁路轨枕：包括用于高速铁路、重载铁路、普通客货混运铁路的预应力混凝土枕、双向预应力混凝土枕等，是检测的核心对象。

• 城市轨道交通轨枕：用于地铁、轻轨等系统的混凝土轨枕及合成材料轨枕，其检测要求与铁路轨枕类似，但荷载谱可能根据实际运营条件调整。

• 道岔轨枕：用于道岔区的特殊断面混凝土枕，其加载位置和支承条件需根据具体设计进行调整。

• 桥梁用轨枕：应用于桥梁上的轨枕，需考虑桥梁结构的特殊动力响应，对其疲劳性能要求可能更高。

• 新产品研发与型式检验：新型号、新材料的轨枕在投产前，必须通过全套力学性能试验以验证其设计合理性。

三、 检测标准与规范

轨枕力学性能试验严格遵循国内外相关标准，确保检测结果的科学性、可比性和性。

• 中国标准（gb）与铁路行业标准（tb）：

  • gb/t 36987-2018 《预应力混凝土枕静载抗裂试验方法》

  • tb/t 1878-2018 《预应力混凝土枕静载抗裂试验方法》

  • tb/t 1879-2018 《预应力混凝土枕疲劳试验方法》

  • tb/t 3103-2018 《混凝土枕静载承载能力试验方法》（涵盖破坏强度）

  • tb/t 3397-2015 《轨道用预应力混凝土枕》

• 标准：

  • 欧洲标准（en）：en 13230 《铁路应用 轨道 混凝土轨枕和 bearers》系列标准，详细规定了混凝土轨枕的力学性能要求及试验方法。

  • 铁路联盟标准（uic）：uic 713 or 《混凝土轨枕和框架轨枕技术认可试验》提供了详细的试验规程。

  • 美国材料与试验协会标准（astm）：astm c1167 《预应力混凝土铁路轨枕试验方法》涵盖了静载和疲劳试验。

这些标准对试件数量、养护条件、试验环境、加载速率、支承方式、数据采集频率及合格判定准则均有明确规定。

四、 检测仪器与设备功能

完成上述试验需要一套集成化的高精度力学试验系统。

1. 电液伺服疲劳试验系统：这是进行疲劳试验和静载试验的核心设备。

   • 功能：能够产生高频、高幅值的循环荷载，并可精确控制荷载的上限、下限和频率。系统通常具备力控制和位移控制两种模式，用于实现静载的匀速施加和动载的稳定循环。

2. 大型反力架/试验台座：

   • 功能：为试验提供坚固的支撑基础，承受试验过程中产生的巨大反作用力。其刚度和强度必须远高于被测轨枕，以确保试验数据的准确性。

3. 作动器：

   • 功能：是试验机的执行机构，将液压能转换为机械力，直接作用于轨枕。其吨位、行程和动态响应特性需满足试验标准要求。

4. 高精度荷载传感器：

   • 功能：串联在作动器与加载头之间，实时、精确地测量并反馈施加于轨枕上的荷载值，是控制与测量的关键元件。

5. 位移传感器（lvdt或光电式）：

   • 功能：布置于轨枕跨中、支座等关键位置，用于测量在荷载作用下的挠度变形，是计算刚度、判断开裂和破坏的重要依据。

6. 裂缝观测设备：

   • 功能：包括读数显微镜、裂缝对比卡、视频显微镜或数字图像相关（dic）系统，用于发现初始裂纹并精确测量裂纹宽度。

7. 数据采集与控制系统：

   • 功能：集成硬件与软件，负责接收传感器信号，控制作动器按预设程序运行，实时显示荷载-位移曲线，并自动记录、存储和处理全部试验数据。

结论

轨枕的静载荷抗裂强度、疲劳强度及破坏强度试验构成了评估其服役性能的完整技术体系。通过标准化的试验方法、先进的检测仪器和严格的规范标准，能够全面、客观地评价轨枕的短期安全性与长期耐久性，为铁路线路的设计、施工、验收和维护提供至关重要的技术依据，是保障轨道交通基础设施安全可靠运行不可或缺的技术环节。