摘要:随着经济建设的不断深入,人口集聚,车辆增多引起的交通拥挤问题已经逐渐显现出来,交通需求也在进一步扩大,这在一定程度上提高了建设交通轨道的要求,而预埋槽道是轨道建设工程中的重要组成部分。文章先是对简述了预埋槽道和疲劳性能,接着又对预埋槽道及轨道材料采用非线性表面波检测疲劳性能的方法进行了分析,为今后开展疲劳性能检测提供了一定的参考价值。
关键词:预埋槽道;轨道材料;疲劳性能检测
一、预埋槽道简述
在高速电气化铁路隧道中,预埋槽道的施工技术已经逐渐成熟并被广泛的应用在铁路接触网隧道建设当中,这也受到了国内外施工部门的重视。这一技术最初被我国运用于深圳地铁九号线上,这是我国首次在国内地铁中使用预埋槽道技术,由于施工技术和方案都并未成熟,尽管有着加大槽道使用量,浪费部分的资源的缺陷,但对初次尝试来说已经极具创新思维和先进意识,因此在今后的施工过程中要总结之前的施工经验和缺点,选用其他预埋槽道方式,实现经济利益与效率的双赢。预埋槽道技术与传统的技术相比,是一个不够成熟,在国内发展时间短的新型事物,但这一技术在世界地铁建设中发挥了极其关键的作用。就我国当前大力倡导的生态文明理念来说,采用预埋槽道技术基本符合我国环保的要求,将这一技术广泛应用在地铁隧道建设当中,对我国地铁建设水平来说有着重要的意义[1]。
二、疲劳性能概述
早在19世纪末期,相关学者就已经对钢筋混凝土结构的疲劳特性进行了研究,预埋槽道这一新型结构近些年来才被运用在我国的铁路建设当中,这一结构与钢筋混凝土结构相似,但与钢筋相比又有所不同,城市轨道交通列车长期在轨道上往返行驶,而预埋槽道本身是轨道中的一种关键结构,使用的次数多且重复荷载大,尤其是高周疲劳,通常情况下循环载荷次数维持在le4和le9之间,这与材料的极限强度相比,材料应力是远远不足的,而应力疲劳大多用于计算高周疲劳,而对低周疲劳来说,循环载荷次数低,大多用应变疲劳来计算低周疲劳,根据统计可知,机械零件中有80％左右是因疲劳破坏而失效的,再加上疲劳破坏前并不会出现明显变形,很容易造成重大事故,因此要对预埋槽道和轨道材料的疲劳性能进行分析,选择疲劳强度较好的材料来进行地铁的建造,毕竟材料强度是确保安全的重要因素。而要想确保设计强度,工程师就要尽量提高材料的极限承载力,在实际使用中的寿命和材料的安全性能,但是,在实际使用的过程中,材料会长时间承受动态荷载,在多数情况下,这一荷载会有周期性变化,在长期使用下,材料很可能会因疲劳而发生损坏。
在分析疲劳性能之前,首先要明确的知道在实际工作情况下,槽道出现疲劳破坏要经过三个阶段,分别是出现裂纹,裂纹缓慢扩大和裂纹迅速扩大,要想得知槽道的疲劳总寿命,就可以将三者的寿命相加而得出,但是由于第三个阶段在槽道材料被破坏时持续的时间较短,与前两个阶段相比影响可以忽略不计,因此在计算槽道的疲劳寿命可以将第三阶段忽略,只需将前两个阶段想加即可。此外,预埋槽道结构是主要承载结构,地铁在轨道上反复多次行驶的过程中,会让预埋槽道反复受到荷载力的作用。因此在设计预埋槽道时不仅要提高槽道的极限承载力,同时也要对预埋槽道结构进行疲劳性能检测,为之后完善预埋槽道的设计,保障轨道安全提供有力的支持[2]。
三、预埋槽道及轨道材料疲劳性能检测
3.1预埋槽道的疲劳性能检测
3.1.1疲劳性能要求
疲劳试验按下列要求:(1)疲劳试验荷载位置:槽道两锚杆中间位置;(2)疲劳试验荷载波形:正弦波;(3)疲劳频率:1Hz-3Hz;(4)疲劳次数:le7;(5)疲劳试验荷载基准值及幅值:静承载力±30%F。
3.1.2疲劳性能检测过程
(1)准备工作。清点试验需要用到的仪器设备,并在正式开始试验之前检查机器能否正常工作。让疲劳试验现场的环境保持整洁,试验仪器能够合理摆放;(2)将槽道内的填充物去掉,在槽道的中间处做一个记号,用以在后续操作中安装T型螺栓,这个地方是整个槽道用来承受压力的位置;(3)把试块用门式框架将其固定到轨道上,避免试验时试块发生移动;(4)合理摆放MTS液压油缸,将T型螺栓安装在液压油缸的下方,把T型螺栓安装之前做记号的地方,固定好,还要在T型螺栓和槽道中间加垫片,避免在加载过程中T型螺栓发生移动,进而降低实验准确程度;(5)MTS电液伺服加载系统是利用力传感器和位移传感器来收集数据的,可以将传感器和液压油缸放在一个地方,将位移传感器放在液压油缸内部,再把T型螺栓上端的连接力传感器放置在油缸上;(6)让MTS电液伺服加载系统与位移和力传感器相连接,之后再运行控制系统,并利用数据采集系统,将百分表放到槽道中,将其固定住并进行清零;(7)预加载,确保实验过程中需要使用的设备不会出现故障,从而影响检测的顺利进行;(8)对采集设备进行清零后进行加载,逐渐增大荷载力,直到将其破坏;(9)记录百分表的变化和试验过程中的各项数据,观察实验中的槽道的变形,由于实验过程较长,刚开始每两小时观察一次,后期半小时观察一次;(10)试验结束后,对槽道的变形情况进行仔细观察,并与槽道原本的形状相比较,测量槽道变形所引起的数据变化,之后整理仪器,并将试验现场清理干净[3]。
3.2轨道材料疲劳性能检测
3.2.1检测准备
在正式进行检测之前,可以制备几个相同厚度的钢轨试块,所选试块要从服役年限的不同的钢轨上截取,尽量确保试块表面均无明显缺陷,实验前还要保证试块的平整性,以降低试块不平整对最终结果准确性造成的干扰。
3.2.2疲劳性能检测过程
(1)波形发生器产生2.25MHz的中心频率,30周期的正弦波信号;(2)功率放大器将信号放大50dB后,使得楔块探头能产生波,并让波在钢轨轨腰横截面传播;(3)用中心频率为5MHz的楔块探头将波接收后,将其放置在示波器内,利用信号导入人工控机对波进行分析。在实际检测过程中,还要注意将发射端,楔块探头和钢轨轨腰横截面利用液体耦合剂连接在一起,以确保波能够在三者之间进行传播,正是基于此,可以从中得知楔块接收的是表面波的纵波分量,并未接收所有的波,也就是说实际检测过程中得到的数值就是表面波的纵波分量。此外,轨道材料还会受到服役年限的影响,服役年限越大,变形程度越明显,也就是轨道的高度会发生一定的改变,因此,在检测过程中要调整两个探头的位置,让检测距离维持在12厘米,利用不同输入电压驱动超声探头,完成对轨道材料的检测[4]。
四、结束语
综上所述,轨道建设是促进城市发展的重点项目,对预埋槽道和轨道材料进行疲劳性能检测是极其重要的,不仅可以保障铁路的正常运行,还可以减少突发事件发生的概率,因此,要从轨道建设的实际情况出发,严格的按照标准进行检测,进一步增强轨道的安全可靠性,更好的为广大群众服务。
参考文献:
[1]万震.城际轨道交通铁路隧道内预埋槽道研究[D].青岛科技大学,2018.
[2]张哲峰,刘睿,张振军,田艳中,张鹏.金属材料疲劳性能预测统一模型探索[J].金属学报,2018:225-236.
[3]杨秀龙,宋月超,许光辉,黄浩,裴煜鹏.轨道交通扣件组装疲劳性能测试方法研究[J].《中国计量》,2018:56-59.
[4] 陈选民,陈峰.钢轨服役疲劳特性的非线性表面波检测研究[J].《中国测试》,2018:32-36.