Tiêu chuẩn TCVN 13695-3:2023 Đường ray - Phương pháp thử nghiệm - Phần 3: Xác định độ suy giảm của tải trọng va đập

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 1395-3:2023

ĐƯỜNG RAY- PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM BỘ PHỤ KIỆN LIÊN KẾT - PHẦN 3: XÁC ĐỊNH ĐỘ SUY GIẢM CỦA TẢI TRỌNG VA ĐẬP

Track - Test methods for fastening systems
Part 3: Determination of attenuation of impact loads

Lời nói đầu

TCVN 13695-3:2023 được biên soạn trên cơ sở tham khảo BS EN 13146-3:2012.

TCVN 13695-3:2023 do Cục Đường sắt Việt Nam biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

TCVN 13695:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết, gồm các phần sau:

- TCVN 13695-1:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết - Phần 1: Xác định lực cản dọc ray.

- TCVN 13695-2:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết - Phần 2: Xác định sức kháng xoắn.

- TCVN 13695-3:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bô phụ kiện liên kết - Phần 3: Xác định độ suy giảm của tải trọng va đập.

- TCVN 13695-4:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết - Phần 4: Ảnh hưởng của tải trọng lặp.

- TCVN 13695 5:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết - Phần 5: Xác định điện trở.

- TCVN 13695-6:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết - Phần 6: Ảnh hưởng của điều kiện môi trường khắc nghiệt

- TCVN 13695-7:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết - Phần 7: Xác định lực kẹp và độ cứng theo phương thẳng đứng.

- TCVN 13695-8:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết - Phần 8: Thử nghiệm trong vận hành

- TCVN 13695-9:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết - Phần 9: Xác định độ cứng.

- TCVN 13695-10:2023, Đường ray - Phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết - Phần 10: Thử nghiệm xác định lực chống nhổ lõi.

ĐƯỜNG RAY- PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM BỘ PHỤ KIỆN LIÊN KẾT - PHẦN 3:XÁC ĐỊNH ĐỘ SUY GIẢM CỦA TẢI TRỌNG VA ĐẬP

Track - Test methods for fastening systems
Part 3: Determination of attenuation of impact loads

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các quy trình thử nghiệm trong phòng, bằng cách tác động lên một thanh ray được gắn chặt vào tà vẹt bê tông hoặc tà vẹt ghi, mô phỏng tải trọng tác động do tàu chạy trên đường sắt gây ra và đo biến dạng xảy ra trong tà vẹt.

Thử nghiệm được sử dụng để so sánh sự suy giảm của tải trọng tác động lên tà vẹt bê tông hoặc tà vẹt ghi bằng các tấm đệm ray khác nhau.

Tiêu chuẩn này gồm phương pháp chuẩn và phương pháp thay thế.

Thử nghiệm này chỉ áp dụng cho đường ray có ba lát.

Các quy trình thử nghiệm này áp dụng cho một cụm phụ kiện liên kết lắp ráp hoàn chỉnh.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

EN 13146-9, Railway applications - Track - Test methods for fastening systems - Part 9: Determination of stiffness, (Ứng dụng đường sắt - Đường ray - Các phương pháp thử nghiệm bộ phụ kiện liên kết ray và tà vẹt - Phần 9: Xác định độ cứng).

EN 13230-1, Railway Applications - Track - Concrete Sleepers and Bearers - Part 1: General Requirements, (Ứng dụng đường sắt - Đường ray - Tà vẹt và tà vẹt ghi bê tông - Phần 1: Yêu cầu chung).

EN 13230-2, Railway Applications - Track - Concrete Sleepers and Bearers - Part 2: Prestressed Monoblock Sleepers, (Phần 2: Tà vẹt bê tông dự ứng lực một khối).

EN 13230-3, Railway Applications - Track - Concrete Sleepers and Bearers - Part 3: Twinblock Reinforced Sleepers, (Phần 3: Tà vẹt bê tông cốt thép hai khối).

EN 13481-1:2012, Railway applications - Track - Performance requirements for fastening systems - Part 1: Definitions, (Ứng dụng đường sắt - Đường ray - Các yêu cầu tính năng đối với bộ phụ kiện liên kết ray tà vẹt - Phần 1: Định nghĩa).

3  Thuật ngữ và định nghĩa, ký hiệu và chữ viết tắt

3.1  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong EN 13481-1:2012

3.2  Ký hiệu và chữ viết tắt

Trong tiêu chuẩn này, những ký hiệu sau được sử dụng:

a Độ suy giảm được biểu thị bằng độ giảm biến dạng tà vẹt (tính theo %), khi sử dụng đệm thử nghiệm so với đệm chuẩn;

a_t Độ suy giảm tại mặt trên tà vẹt, tính bằng %;

a_b Độ suy giảm tại mặt đáy tà vẹt, tính bằng %;

d_a Độ dầy của tấm nhôm được sử dụng với đệm ray, tính bằng mm;

d_t Độ dày của đệm ray theo đó thiết kế để lắp ráp, tính bằng mm;

M_dr Mô men uốn dương tại vị trí đặt ray của tà vẹt, tính bằng kNm;

δ Độ võng theo phương thẳng đứng, tính bằng mm;

ε_pct Biến dạng lớn nhất đầu tiên tại mặt trên của tà vẹt với đệm thử nghiệm khi chịu tải trọng va đập;

ε_pcb Biến dạng lớn nhất đầu tiên tại mặt đáy của tà vẹt với đệm thử nghiệm;

ε_pcrt Biến dạng trung bình lớn nhất đầu tiên tại mặt trên tà vẹt khi chịu tải trọng va đập với đệm chuẩn;

ε_pcrb Biến dạng trung bình lớn nhất đầu tiên tại đáy của tà vẹt với đệm chuẩn;

ε_st Biến dạng tại mặt trên tà vẹt do tải trọng đặt trước tĩnh trong phương pháp thử nghiệm thay thế;

ε_sb Biến dạng tại mặt đáy của tà vẹt do tải trọng đặt trước tĩnh.

4  Nguyên tắc

Tải trọng va đập được xác định bằng cách thả một khối lượng lên đầu một thanh ray đã được gắn chặt vào tà vẹt bê tông. Ảnh hưởng của tác động được đo bằng biến dạng trong tà vẹt bê tông. Sự suy giảm tác động của bộ phụ kiện liên kết được đánh giá bằng cách so sánh biến dạng của một đệm ray chuẩn trong bộ phụ kiện liên kết có độ suy giảm thấp với đệm ray thử nghiệm trong bộ phụ kiện liên kết.

Với tấm đệm chuẩn trong hệ thống, biến dạng gây ra bởi tải trọng va đập không được vượt quá 80 % biến dạng do mô men kháng của tà vẹt tại vị trí đặt ray (M_dr phù hợp với EN 13230-1). Khối lượng rơi, độ cao rơi và độ đàn hồi của đầu va đập được điều chỉnh để đảm bảo không vượt quá giới hạn về biến dạng. Nếu không có sự thay đổi tiếp theo đối với khối lượng rơi, chiều cao rơi và đầu va đập, quy trình được lặp lại với đệm thử nghiệm.

CHÚ THÍCH

Kết quả thử nghiệm không nhạy lắm với tải thử nghiệm.

5  Thiết bị

5.1  Tà vẹt hoặc tà vẹt ghi bê tông

Tà vẹt bê tông hoặc tà vẹt ghi bê tông không bị nứt, được chế tạo không chỉnh sửa đối với thử nghiệm này, có kích thước vị trí đặt ray phù hợp với bộ phụ kiện liên kết được thử nghiệm.

Tà vẹt sẽ có hai đồng hồ đo biến dạng bằng điện trở, có chiều dài danh nghĩa (100 đến 120) mm, được gắn đối xứng với mặt bên của tà vẹt qua đường đi qua tâm của vị trí đặt ray vuông góc với mặt dưới tà vẹt.

Đầu đo phải đặt song song với mặt dưới tà vẹt, một đầu đo đặt phía trên càng gần vị trí đặt ray ở mặt trên tà vẹt càng tốt, nhưng tránh chỗ có vát mép hoặc bán kính, một đầu đo khác đặt cách mặt dưới tà vẹt ít nhất là 10 mm nhưng không lớn hơn 25 mm như trong Hình 1.

CHÚ THÍCH:

Nhà thiết kế hoặc nhà sản xuất tà vẹt phải cung cấp mô men kháng tính toán tại các vị trí đo.

5.2  Nền đỡ

5.2.1  Phương pháp chuẩn

Nền đỡ bao gồm một lớp đá dăm với kích thước hạt danh định trong phạm vi (5 đến 15) mm nằm trong bồn chứa. Lớp đá dăm phải nằm dưới toàn bộ chiều dài của tà vẹt một khối, tà vẹt ghi bê tông và nằm dưới mỗi khối của tà vẹt hai khối. Nền đỡ phải có độ võng cho phép theo phương thẳng đứng của tà vẹt là δ (δ lớn hơn hoặc bằng 0,1 và nhỏ hơn hoặc bằng 0,5) mm. Khi tà vẹt được đặt trên đó, nền đỡ chịu sự gia tăng tải trọng tĩnh từ 50 kN đến 60 kN cho một đế ray.

CHÚ THÍCH:

Chiều dầy thích hợp của lớp đá dăm bên dưới tà vẹt là 270 mm và tổng chiều dầy là 370 mm.

CHÚ DẪN:

h - Khoảng cách từ cạnh dưới đồng hồ đo biến dạng đến mặt dưới của tà vẹt, h lớn hơn 10 mm và nhỏ hơn hoặc bằng 25 mm.

Hình 1 - Vị trí của các đồng hồ đo biến dạng

5.2.2  Phương pháp thay thế

Đối với phương pháp thay thế, nền đỡ phải bao gồm một tấm đệm cao su trên một đế chắc chắn. Nền đỡ phải có độ võng cho phép theo phương thẳng đứng là δ (δ lớn hơn hoặc bằng 0,1 mm và nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 mm). Khi tà vẹt được đặt trên đó, nền đỡ chịu sự gia tăng tải trọng tĩnh từ 50 kN đến 60 kN tại một đế ray.

5.3  Ray

Một đoạn ray có chiều dài (0,3 đến 1,0) m. Bộ phụ kiện liên kết được thiết kế phù hợp với mặt cắt ray.

5.4  Thiết bị đo và ghi biến dạng

Các thiết bị xử lý số liệu đo từ các đồng hồ đo biến dạng và cung cấp số liệu về biến dạng theo thời gian xác định không nhỏ hơn 0,1 ms. Số liệu đo từ các đồng hồ đo biến dạng do tải trọng xung kích phải được đo chính xác tới ± 0,1 mV.

5.5  Khối lượng rơi

Sự kết hợp giữa khối lượng và chiều cao rơi sao cho biến dạng đo được tại mỗi vị trí đo, phải nhỏ hơn 80% biến dạng nứt tính toán của tà vẹt và khoảng thời gian đối với tác động ban đầu của tải phải từ 1 ms đến 5 ms.

Một khối lượng rơi đặc trưng được thể hiện trong Hình 2.

CHÚ THÍCH:

Biến dạng phải đủ để đo được chính xác.

5.6  Thiết bị tạo tải trọng đặt trước

Một bộ lò xo có tổng độ cứng hiệu dụng nhỏ hơn 2 MN/m có khả năng tác dụng một tải đặt trước theo phương thẳng đứng 50 kN vào ray.

CHÚ DẪN:

1 Tấm dẫn hướng

2 Búa

3 Đệm cao su

4 Đầu búa

Hình 2 - Khối lượng rơi đặc trưng

6  Mẫu thử nghiệm

6.1  Tà vẹt hoặc tà vẹt ghi bê tông

Như đã mô tả trong 5.1.

6.2  Phụ kiện liên kết

Lắp ráp hoàn chỉnh tất cả các chi tiết và bản đệm tại nơi thích hợp.

7  Quy trình thử nghiệm - Phương pháp chuẩn

7.1  Chuẩn bị

Thử nghiệm phải được thực hiện trong phòng hoặc khu vực có tường bao quanh với nhiệt độ (23 ± 5) °C. Tất cả các bộ phận được sử dụng trong thử nghiệm phải được giữ ở nhiệt độ này không ít hơn 4 h trước khi bắt đầu thử nghiệm.

Hệ thống phụ kiện và ray được lắp ráp với tấm đệm chuẩn dùng vật liệu HDPE hoặc EVA, dày 5 mm, với độ cứng tĩnh không nhỏ hơn 500 MN/m được đo theo EN 13146-9.

Nếu bộ phụ kiện sử dụng một tấm đệm dày hơn (độ dày = d_t), khi đó một tấm đệm nhôm (độ dày = d_a) sẽ được chèn giữa ray và tấm đệm ở vị trí (d_a = d_t - 5) mm. Tà vẹt có đồng hồ đo biến dạng cố định như trong 5.1 được đặt trên giá đỡ trong 5.2.1.

Một tải trọng va đập được tác động vào ray, bằng cách để rơi tự do của khối lượng rơi và biến dạng được ghi lại với số liệu bắt đầu không ít hơn 3 ms trước khi va chạm và tiếp tục đo không ít hơn 5 ms sau khi va chạm.

Đối với một thiết bị thử nghiệm đã qua sử dụng, cường độ và khoảng thời gian của đỉnh biến dạng đầu tiên phải được so sánh với giá trị trung bình của 10 lần tác động trước đó.

Nếu chênh lệch hơn 10%, các điều kiện thử nghiệm phải được điều chỉnh để đạt được điều kiện trung bình.

Đối với một thiết bị thử nghiệm chưa qua sử dụng hoặc khi lớp ba lát hoặc tà vẹt hoặc tà vẹt ghi có thay đổi, một loạt các tác động phải được thực hiện và biến dạng được ghi lại sau mỗi 10 lần va đập.

Khi năm lần đo biến dạng liên tiếp, các phép đo có cường độ đỉnh biến dạng đầu tiên và các khoảng thời gian trong khoảng ± 10 % giá trị trung bình của chúng, công tác chuẩn bị đã hoàn tất.

7.2  Thử nghiệm

Với đệm thử nghiệm tại chỗ, thực hiện năm lần va đập. Sau đó, ghi lại biến dạng trong ba lần va đập tiếp theo như mô tả trong 7.1.

7.3  Kiểm tra trạng thái của tà vẹt

Tính toàn vẹn của tà vẹt thử nghiệm, phải được kiểm tra sau mỗi thử nghiệm va đập, bằng cách so sánh tỷ lệ của biến dạng đo ở vị trí mặt trên và vị trí mặt dưới, với tỷ lệ tương ứng đối với một tà vẹt tương tự chỉ chịu tải trọng tĩnh.

Tải trọng tĩnh phải phù hợp với tải trọng thử nghiệm tại đế ray trong EN 13230-2 và EN 13230-3. Nếu tỷ lệ từ thử nghiệm va đập khác với tỷ lệ từ thử nghiệm tĩnh lớn hơn 10% tỷ lệ tĩnh, các phép đo đối với tải trọng va đập phải bị loại bỏ và thực hiện thử nghiệm lại bằng cách sử dụng tà vẹt mới.

7.4  Tính toán

Tính toán độ suy giảm ở mặt trên và mặt dưới tà vẹt đối với đệm thử nghiệm so với đệm chuẩn, cho từng tác động trong số ba tác động được đo bằng Công thức (1) và (2).

Đối với mỗi tác động đo được tính a theo công thức (3)

Kết quả được báo cáo là giá trị trung bình của a đối với ba lần tác động đo được khi sử dụng đệm thử nghiệm, được làm tròn đến 5%,.

Một phép tính mẫu được nêu trong Phụ lục A.

8  Quy trình thử nghiệm - Phương pháp thay thế

8.1  Chuẩn bị

Điều này thực hiện như trong 7.1, ngoại trừ tà vẹt phải được đỡ trên một tấm đệm cao su phù hợp với 5.2.2 và tải trọng trước 50 kN theo phương thẳng đứng hướng xuống sẽ được tác dụng lên ray phù hợp với 5.6. Các biến dạng tĩnh trong tà vẹt do tải đặt trước gây ra phải được đo và lấy giá trị trung bình là ε_sb.

8.2  Thử nghiệm và kiểm tra

Điều này được thực hiện theo 7.2 và 7.3.

8.3  Tính toán

Tính toán độ suy giảm a % cho đệm thử nghiệm so với đệm chuẩn cho từng loại trong số ba va đập được đo bằng cách sử dụng các Công thức (4), (5) và (6).

Kết quả được báo cáo là giá trị trung bình của a đối với ba lần tác động đo được khi sử dụng đệm thử nghiệm, được làm tròn đến 5%,.

Một phép tính mẫu được nêu trong Phụ lục A.

9  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm tối thiểu phải bao gồm các thông tin sau:

a) Số hiệu tiêu chuẩn này;

b) Tên và địa chỉ của phòng thử nghiệm thực hiện phép thử;

c) Ngày thử nghiệm được thực hiện;

d) Tên, lựa chọn và mô tả bộ phụ kiện liên kết được sử dụng trong thử nghiệm;

e) Chi tiết của đệm chuẩn và đệm thử nghiệm;

f) Các chi tiết của tà vẹt bê tông một khối hay hai khối và khối lượng của nó;

g) Nguồn gốc của các mẫu thử;

h) Quy trình thử nghiệm được sử dụng;

i) Độ suy giảm trung bình của đệm thử nghiệm so với đệm chuẩn.

Phụ lục A

(Tham khảo)

Tính toán mẫu

Hình A.1 cho thấy biểu đồ biến dạng/thời gian thực tế từ đồng hồ đo biến dạng tiếp giáp với mặt trên tà vẹt, sử dụng đệm chuẩn và tài đặt trước.

Hình A.2 cho thấy biểu đồ tương ứng của đồng hồ đo biến dạng tiếp giáp với mặt dưới của tà vẹt, sử dụng đệm chuẩn.

Hình A.3 và A.4 là biểu đồ tương ứng sử dụng cùng một tà vẹt với đệm thử nghiệm.

Từ Hình A.1 ε_pcrt = -156,5 mV và ε_st = -45,0 mV

Từ Hình A.2 ε_pcrt, = 115,7 mV và ε_sb = 17,0 mV

Từ Hình A.3 ε_pct = -138,6 mV và ε_st = -45,0 mV

Từ Hình A.4 ε_pcb = 100,0 mV và ε_sb = 17,0 mV

Sử dụng các phương trình (4), (5) và (6):

CHÚ THÍCH

Ví dụ này dành cho một tác động. Quy trình thử nghiệm yêu cầu ba tác động.

CHÚ DẪN

1 Đầu ra đồng hồ đo biến dạng (mV)

2 Thời gian (ms)

Hình A.1 - Số liệu từ đồng hồ đo biến dạng tại mặt trên tà vẹt sử dụng đệm chuẩn

CHÚ DẪN

1 Đầu ra đồng hồ đo biến dạng (mV)

2 Thời gian (ms)

Hình A.2 - Số liệu từ đồng hồ đo biến dạng tại mặt đáy tà vẹt sử dụng đệm chuẩn

CHÚ DẪN

1 Đầu ra đồng hồ đo biến dạng (mV)

2 Thời gian (ms)

Hình A.3 - Số liệu từ đồng hồ đo biến dạng tại mặt trên tà vẹt sử dụng đệm thử nghiệm

CHÚ DẪN

1 Đầu ra đồng hồ đo biến dạng (mV)

2 Thời gian (ms)

Hình A.4 - Số liệu từ đồng hồ đo biến dạng tại mặt đáy tà vẹt sử dụng đệm thử nghiệm

Mục lục

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu

3.1  Thuật ngữ và định nghĩa

3.2  Ký hiệu

4  Nguyên tắc

5  Thiết bị

5.1  Tà vẹt hoặc tà vẹt ghi bê tông

5.2  Nền đỡ

5.3  Ray

5.4  Thiết bị đo và ghi biến dạng

5.5  Khối lượng rơi

5.6  Thiết bị đặt tải đặt trước

6  Mẫu thử nghiệm

6.1  Tà vẹt hoặc tà vẹt ghi bê tông

6.2  Phụ kiện liên kết

7  Quy trình thử nghiệm

7.1  Chuẩn bị

7.2  Thử nghiệm

7.3  Kiểm tra trạng thái tà vẹt

7.4  Tính toán

8  Quy trình thử nghiệm - Phương pháp thay thế

8.1  Chuẩn bị

8.2  Thử nghiệm và kiểm tra

8.3  Tính toán

9  Báo cáo thử nghiệm

Phụ lục A (Tham khảo) Tính toán mẫu