动荷载作用下的土工格栅
发布日期:2006年2月14日暂无评论
采用高强土工合成加固产品可以提高软土地基铁路路堤的承载性能。在使用条件下，钢筋承受静力和动力。土工合成增强产品是由高分子材料制成的，具有粘弹性。它们的长期变形和强度取决于它们在静载荷下的蠕变行为和在反复循环交通载荷下的耐久性。除了短期拉伸试验和蠕变试验外，还必须进行循环荷载下的适当试验，以评估土工合成钢筋对动力作用的长期响应。
采用高强土工合成加固产品可以提高软土地基铁路路堤的承载性能。在使用条件下，钢筋承受静力和动力。土工合成增强产品是由高分子材料制成的，具有粘弹性。它们的长期变形和强度取决于它们在静载荷下的蠕变行为和在反复循环交通载荷下的耐久性。除了短期拉伸试验和蠕变试验外，还必须进行循环荷载下的适当试验，以评估土工合成钢筋对动力作用的长期响应。
采用高强土工合成加固产品可以提高软土地基铁路路堤的承载性能。在使用条件下，钢筋承受静力和动力。土工合成增强产品是由高分子材料制成的，具有粘弹性。它们的长期变形和强度取决于它们在静载荷下的蠕变行为和在反复循环交通载荷下的耐久性。除了短期拉伸试验和蠕变试验外，还必须进行循环荷载下的适当试验，以评估土工合成钢筋对动力作用的长期响应。
德国的慕尼黑-奥格斯堡铁路线是欧洲使用最频繁的干线之一。最近，为了提高其容量，在现有路堤的北侧安装了两条额外的轨道。新的路堤部分建立在非钢筋混凝土柱和石柱上，石柱通过柔软的有机粘土层将垂直荷载传递到有能力的承载地面(图1)。为了限制路堤的变形，促进足够的使用能力和结构安全，路堤用四层针织土工格栅FORTRAC加固，由高强度pet纱组成。本文采用的两种土工格栅在机器方向上的短期抗拉强度分别为430 kN/m和560 kN/m。由于土工格栅筋位于轨道下方较短的距离内，因此在经过的列车下会受到明显的动力。通过特定循环荷载耐久性试验，研究了土工格栅在动力作用下的性能。
图1:土工格栅加固的铁路路堤
规划土工电网在不同频率和载荷下的耐久性试验，必须作出基本安排。对于土工格栅加筋铁路的尺寸，确定了动力服务荷载为正弦形。在动态测试期间，施加正弦载荷(图2)。
当耐久性测试产生“Wöhler-curve”时，如图2所示，那么很明显，所施加的动态载荷的不同组成部分可以逐步变化。对于在负载控制模式下进行的此类测试，对于属于一个个体' Wöhler-curve '的所有测试，应力或负载比R的值保持恒定，这主要类似于一种惯例。这个说法似乎微不足道，但是' Wöhler-curves '，例如，具有恒定的R和具有恒定的平均应力是非常难以比较的。根据检验材料的不同，可能会出现不同形状的Wöhler-curves或疲劳曲线。
图2:用于指定所施加正弦载荷的符号的命名法
在半对数或双对数图中，经典的“Wöhler-curve”具有图3中曲线1的形状。有一个分支与负载相关的有限寿命时间，然后是平行于x轴的分支-断裂发生的耐力极限与负载无关。许多钢都表现出这种行为。曲线2有两个不同坡度的分支，但没有耐力限制。例如，某些铝合金具有这种类型的疲劳曲线。大多数热塑性材料的性能符合曲线3，或介于曲线2和曲线3之间。热塑性材料表现出或多或少的弹粘特性;因此，可以排除像曲线1这样的耐力极限。在蠕变试验中，这些材料的强度随时间下降。在恒定的动载荷下，估计的行为应该类似于Hellrich等人，19791Schmiedel 19922。因此，根据曲线3的疲劳行为假设是有意义的，因为它相对于稍后的土工格栅安全尺寸是保守的。关于图3的最后一个注释是，当两个轴都是对数的或者只有x轴是对数分割的并且另外应用相应的回归函数时，曲线3只是一条直线。
图3:“Wöhler-curves”的示意图示例
在伺服液压机的负载控制模式下进行了动态试验。在每个试样的中间测量应变。此外，试样温度的测量和报告。设置如图4所示。
图4显示用绞盘夹钳夹住试样。液压机具有用于活塞行程的内置传感器(不可见)和称重传感器(如图4顶部所示)。报告了这两个信号加上来自延伸计和热电偶的外部信号，并用于在线计算几个衍生功能值，如滞后，损失和存储功，试件刚度和延伸计行程的幅度。进行了两个系列。一个系列的负载频率为3hz，另一个为10hz。在每个系列中，对三个已验证的负载级别中的每一个都进行了10个测试。
图4:土工格栅上循环测试的测试设置
由于夹紧，可以预期疲劳试验中材料劣化的过程是由多个非加性效应控制的。在这种情况下，每个负载级别上的中断事件大多是对数正态分布的。有了这个假设，预期的' Wöhler-curve '在双对数图中有一条直线的外观。' Wöhler-curve '可以解释为100%伤害线，等于事件中断。在动加载过程中，材料的损伤可以在第一个周期开始，也可以在之后的一个周期开始。在后一种情况下，根据载荷，在开始时是无损伤的试样寿命，然后是损伤累积的寿命，直到达到断点。这个想法是Miner在1945年提出的3.。为了量化和检测损害，许多研究人员，如Renz等人，19864我们利用了迟滞和它的特性，因为它非常敏感。标志着伤害开始的曲线是0%破坏的极限线，或者类似于前面提到的破坏事件的极限线。
图5:使用同步移动曲线游标对不同测试数据图进行“损伤开始”检测
由于试样在10hz加载时比在3hz加载时更早失效，下面给出了10hz测试频率下的例子。图6给出了10 Hz的中断事件散射的示例。对于每个负载级别，事件按顺序排列，随着周期的增加而中断，并对其进行对数计算。在确定每个级别的平均值或中位数后，数据准备执行回归以获得' Wöhler-line '，如图6所示。试验土工格栅短期抗拉强度为560kn /m。
在接下来的步骤中，我们的评估和演示软件的一个舒适的功能被用来估计每个完整测试的假设“损坏开始”。图5显示了一个测试的四个不同的图，其中x轴执行唯一的循环。在这些图中有一个光标，可以沿着一条选定的曲线移动。其他三个图形中的游标以同步的动作跟随前面的游标。利用这一特性，可以明显地同时标记出特殊的点。
从图5中左上角的图开始，它显示了延伸计的幅度，然后下图显示了损耗功。右下图显示了试件中部的温度，很明显，标记局部最小值的光标与图5右上图中刚度的局部最大值相对应。该判定方法适用于所有数据集。曲线的外观有一些逐渐的变化;然而，主要趋势与图5所示的相同。接收到的“损伤开始”数据与报道的断裂事件进行了相同的评估程序。计算的回归线的拟合非常有说服力，并支持存在“损害开始”的假设，它表明这些事件是可重复的，并且具有足够的近似对数正态分布。
评估的最后一步是将中断事件和假定的“损坏开始”的所有点放在一个生命周期图中。如图6所示。上面的函数是10hz测试频率的' Wöhler-line '，下面的线表示附属的'损伤开始'线。随后，在未明确测试的低载荷下，土工格栅寿命的外推提供了必要的保守结果，可用于进一步的尺寸目的。
如前所述，还进行了3 Hz测试频率的测试，并收到了图6的模拟曲线。这里没有展示它们，因为它们在安全维度方面的影响比10hz的影响小。3 Hz的“Wöhler线”位于10 Hz的线上。这同样适用于相关的“damage begin”行。
图6:'Wöhler-line'和'damage begin'的线
根据德国铁路设计实践，在50年的使用寿命中，该铁路结构暴露在108次交通荷载下。结构设计寿命为120年。在本案例中，土工格栅配筋的设计最大受拉力为60 kN/m。从图6可以看出，在本文所报道的试验条件下，循环加载时，108次循环时的破坏荷载远大于设计荷载。所以在动态载荷下有足够的疲劳安全裕度。
参考文献
- helrich, Harsch and Haenle(1979)。卡尔·汉瑟艺术工作室
- 施米德尔，H.(1992)。karl Hanser Verlag mnchen, 1992年维也纳，ISBN 3-446-16336-0(德文)
- 米纳，文学硕士(1945)。疲劳累积损伤，应用学报。动力机械。反式。ASME 12, H.3, pp 154-164
- Renz, R.， Altstätt, V.和Ehrenstein, G.W.(1986)。“表征R-SMC动态疲劳的迟滞测量”，第41届会议增强塑料/复合材料研究所，SPS，亚特兰大，1986
