CN103306167A

CN103306167A - 一种双层双向先张轨道板

Info

Publication number: CN103306167A
Application number: CN2012100645093A
Authority: CN
Inventors: 欧阳炎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明涉及轨道板，具体是一种双层双向先张轨道板，包括轨道板，所述轨道板对称于中和轴两侧分别设有一层横向预应力钢筋组、一层纵向预应力钢筋组；所述纵向预应力钢筋组在所述轨道板的同一水平面内分布；所述横向预应力钢筋组在所述轨道板的同一水平面内分布；所述轨道板同侧的纵向钢筋与横向钢筋之间净间距不小于6mm；所述轨道板四周预应力钢筋锚固区内分别设有两道竖向箍筋，中部沿轨道板纵向对称于板中心亦设有一道竖向箍筋，所述竖向箍筋外侧设有绝缘层。

Description

一种双层双向先张轨道板

技术领域

本发明涉及一种轨道板，具体是一种双层双向先张轨道板。

背景技术

1964年日本新干线问世；1981年法国的TGV系统开通；1989年德国的ICE高速列车投入运营。这三个国家的高铁技术比较发达，轨道结构相对成熟，具有一定的代表性。

日本的高铁采用板式无砟轨道，最终付诸工程应用的轨道板主要是双向后张预应力板(照片1)和空腹格构式板，亦称框架板(照片2)。空腹格构式板在平面上呈格构状，由二条钢轨下的纵向混凝土条形构件和多条横向联系构件形成框架板，这类构件可以是预应力的，也可以是非预应力的。

德国的无砟轨道有双块式(雷达2000或旭普林，见照片3)和板式(博格板，见照片4)。双块式的优点是造价相对较低，适用于对施工技术水平要求不很高、建造施工周期可以较长的情况。其缺点是现场圬工量大；在预制的块体和现浇混凝土的连接处易出现裂缝。博格板是一种横向先张预应力轨道板，纵向无预应力。

除日、德外，法、英、美、俄罗斯、瑞典、西班牙、意大利、比利时、葡萄牙、土耳其、韩国、荷兰、芬兰、瑞士、挪威等国家和我国的台湾也有或长或短、各具特色的高速铁路。值得一提的是法国的高铁，由于线路不长，且列车轮压较小，故其仍采用有砟轨道，且于2007年创下574.8Km/h的最高试验速度。但由于道砟粉化严重，列车通过时易飞砟，特别是轨道稳定性差，维护工作量巨大，法国高铁现有向无砟轨道发展的趋势。奥地利的高铁在建设中。巴西、阿根廷、印度等国都有新建高铁的规划。

当前国际上对高铁的需求巨大，为适应中国高铁技术竞争国际市场的要求，急需创建具有自主知识产权的新型轨道结构体系，这一体系应能接受来自各个国家、各种规范标准的审核与检验。2008年8月1日，我国大陆第一条高速铁路-京津城际铁路开通。虽然我国的高速铁路建设起步较晚，但发展迅猛，近10年建设的高铁里程，已经超过世界各国40多年建设的高铁总和。无论从建设规模、运营里程和商业运行速度都已跃居世界首位。在吸收各国高速铁路技术的同时，工程技术各个方面都有不同程度的创新，逐步发展出了技术全面、有一定中国特色的高铁系统。

我国已建和在建高速铁路采用的几乎全为引进国外技术或引进后加以改进的产品，现已上线的有：

(1)CRTS I型轨道板(简称I型板，见照片5)其原型为日本双向后张预应力板。I型板已在秦沈、沪宁、石太、哈大等线采用。

(2)CRTS II型轨道板(简称II型板，见照片6)，其原型为德国博格板，已在京津城际、京沪、石武客专等线采用。

我国已建和在建无砟轨道需改进提高的方面：

力学性能方面

(1)CRTS I和CRTS II型轨道板横向预应力钢棒(或钢筋)均布置在截面中和轴位置(照片11、12)，轨道板受弯时，预应力钢材强度不能有效发挥，因此除预应力钢棒(或钢筋)外还必须配置非预应力钢筋笼(或钢筋网片)来补充板在抗弯能力上的不足(照片13)。由此不仅大幅增加了用钢量和工时，且对轨道板的耐久性(保护层厚度不足)和信号电路(绝缘性能)产生不利影响。

(2)由于轨道板的宽度仅有2.5米，如采用后张工艺，钢筋回缩和锚具变形会造成很大的预应力损失，降低混凝土的有效预压应力，导致轨道板的抗裂(特别是疲劳抗裂)能力显著下降。

(3)CRTS II型板纵向未施加预应力，无法避免横向裂缝大量产生(照片14)。这不仅会降低耐久性，且会使轨道板刚度降低，增加线路对地基沉降的敏感度。

安全性方面

(1)CRTS I型板广泛采用的是国产无粘结钢棒，材料性能的不稳定性，延性不足，过程控制和质量保证的不确定性以及张拉技术存在不足令人担忧由于无粘结，预应力钢棒一旦崩断，将危及行车安全。

(2)CRTS I型板的钢筋笼和CRTS II型板钢筋网片中纵横钢筋间绝缘的可靠性对制板工作质量有很大依赖。轨道板制作时稍有不慎，就会破坏绝缘，导致信号电路传输距离减小，影响行车安全。

耐久性方面

鉴于高铁投资巨大，及其在国家战略上占有的重要地位，国家要求高铁轨道结构体系的使用寿命应与桥梁、隧道的设计使用寿命相匹配，不低于100年，这一要求具有重大经济和社会意义。

现阶段从日本、德国引进的CRTS I和CRTS II型轨道结构的设计使用寿命最多不超过60年。而且德国和日本的国土面积不大，高铁建设规模相对较小，我国幅员辽阔，一条长大线路可能通过各种环境区域。因此，轨道结构的耐久性问题更为突出。

经济性方面

我国已建和在建的板式无砟轨道造价偏高，主要有以下原因：

(1)耗钢量太大：CRTS I和CRTS II型轨道板必须配置非预应力钢筋笼(或网片)来补充板在抗弯能力上的不足，钢筋笼占了CRTS I型轨道板总耗钢量的1/2～3/4；

(2)钢筋笼(或网片)的绝缘费用；

(3)CRTS I型板需用锚具和锚垫板；

(4)CRTS I型制板厂生产效率低下，增加了制板厂数量和人力成本；

(5)CRTS II型板需用超细水泥和特种钢材；

(6)CRTS II型板需用专用数控磨床对轨道板进行磨平加工。

其他方面

(1)轨道限位方式单一，适应性差，应用不便。

(2)CRTS I型板和框架板只能单块制造，无法摆脱手工作坊式的落后生产工艺，难以实现工业化、自动化。

(3)CRTS I型和CRTS II型轨道板都是从国外引进，没有自主知识产权，不能满足我国高铁成套技术竞争国际市场的要求。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种具有良好力学性能、信号衰减小、优良的耐久性、显著的经济性，且限位方式灵活的双层双向先张轨道板，本发明的具体方案如下：

一种双层双向先张轨道板，包括轨道板，所述轨道板对称于中和轴两侧分别设有一层横向预应力钢筋组、一层纵向预应力钢筋组；所述纵向预应力钢筋组在所述轨道板的同一水平面内分布；所述横向预应力钢筋组在所述轨道板的同一水平面内分布；所述轨道板同侧的纵向钢筋与横向钢筋之间净间距不小于6mm；所述轨道板四周预应力钢筋锚固区内分别设有两道竖向箍筋，中部沿轨道板纵向对称于板中心亦设有一道竖向箍筋，所述竖向箍筋外侧设有绝缘层。

优选的，所述纵向钢筋及所述横向钢筋采用先张工艺，在浇筑过程中始终处于高应力绷紧状态。

优选的，所述纵向钢筋及所述横向钢筋在所述轨道板内互不接触。

优选的，所述轨道板为CRTS I型轨道板或CRTS II型轨道板。

本发明提供的双层双向先张轨道板具有以下优势：

力学性能方面

安全性方面

耐久性方面

经济性方面

(2)钢筋笼(或网片)的绝缘费用；

(3)CRTS I型板需用锚具和锚垫板；

(5)CRTS II型板需用超细水泥和特种钢材；

(6)CRTS II型板需用专用数控磨床对轨道板进行磨平加工。

其他方面

(1)轨道限位方式单一，适应性差，应用不便。

现在，我国自主创新的双层双向先张预应力混凝土轨道板的设计、试验和制造工艺基本成熟。其力学性能、耐久性能、轨道电路性能，特别是显著的经济性等各项指标，全面超过国外同类产品。而且为线路设计人员混合采用凸台、纵联两种限位方式提供了便利。我们深信，它必将成为我国高铁技术进入国际市场的闪亮的民族品牌。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例1配筋示意图；

图3为图2中A-A方向示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1～图3所示，CRTS I型轨道板，包括凹形限位槽1，凹形限位槽1位于CRTS I型轨道板长度方向的一端，用于与凸形挡台配合限位；CRTS I型轨道板长度方向的另一端则设有纵向连接器2，用于相邻两块CRTS I型轨道板的连接，CRTS I型轨道板上方设有两列相互平行的轨底3，轨底3通过预埋套管4与CRTS I型轨道板固接，CRTS I型轨道板上方设有砂浆灌注孔5，CRTS I型轨道板两侧还设有起吊套管6用于CRTS I型轨道板的铺设安装；

在CRTS I型轨道板对称于中和轴的两侧分别设有一层横向预应力钢筋组12及一层纵向预应力钢筋组11；纵向预应力钢筋组11在CRTS I型轨道板的同一水平面内分布；横向预应力钢筋组12在CRTS I型轨道板的同一水平面内分布；CRTS I型轨道板同侧的纵向预应力钢筋组11与横向预应力钢筋组12之间间距不小于6mm；CRTS I型轨道板四周预应力钢筋锚固区内分别设有两道竖向箍筋。中部沿轨道板纵向对称于板中心亦设有一道竖向箍筋，六道竖向箍筋外侧设有绝缘层，使得CRTS I型轨道板内无金属闭合回路存在。

作为上述实施例方案的改进，CRTS I型轨道板的纵向预应力钢筋组11及横向预应力钢筋组12在混凝土浇筑过程中采用先张工艺始终处于高应力绷紧状态，能保持准确丝位，所以能够保证纵向预应力钢筋组11与横向预应力钢筋组12有6mm的间隙，互不接触，无需任何附加措施和费用就能使轨道板的绝缘性能得到保证，形成双层双向先张预应力轨道板。

实施例2

实施例2的具体实施方式与实施例1相同，所不同之处在于实施例2采用CRTS II型轨道板，对称于中和轴的两侧分别设有一层横向预应力钢筋组12及一层纵向预应力钢筋组11；纵向预应力钢筋组11在CRTS II型轨道板的同一水平面内分布；横向预应力钢筋组12在CRTS II型轨道板的同一水平面内分布；CRTS II型轨道板同侧的纵向预应力钢筋组11与横向预应力钢筋组12之间间距不小于6mm；CRTS II型轨道板四周预应力钢筋锚固区内分别设有两道竖向箍筋。中部沿轨道板纵向对称于板中心亦设有一道竖向箍筋，六道竖向箍筋外侧设有绝缘层，使得CRTS II型轨道板内无金属闭合回路存在，使CRTS II型轨道板升级成为双层双向轨道板。

作为上述实施例方案的改进，CRTS II型轨道板的纵向预应力钢筋组11及横向预应力钢筋组12在混凝土浇筑过程中采用先张工艺始终处于高应力绷紧状态，能保持准确丝位，所以能够保证纵向预应力钢筋组11与横向预应力钢筋组12有6mm的间隙，互不接触，形成双层双向先张预应力轨道板。

轨道板结构计算

计算依据

轨道板计算依据的规范是：

(1)《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

(2)《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002.3-2005，J462-2005

这两本规范采用的设计体系不同，前者国标规范采用的是近似概率极限状态设计方法，后者行标规范对钢筋混凝土结构采用容许应力法，对预应力混凝土结构采用总安全系数法。本设计按照行标规范进行计算。为慎重起见，我们同时按国标规范进行验算。

为节省篇幅，仅列出DB6425(板长6456mm，板宽2500mm，板厚200mm，扣件间距654mm，采用Φ^H9预应力钢丝)的计算结果，其它类型轨道板的计算书从略。

按规范TB10002.3验算

材料参数

规范TB10002.3规定的材料参数为：

C60混凝土：抗压极限强度 f_c＝40MPa

抗拉极限强度 f_ct＝3.50MPa

弹性模量 E_c＝3.65×10⁴MPa

预应力钢丝Φ^H9：强度标准值 f_pk＝1570MPa

抗拉计算强度 f_p＝0.9f_py

抗压计算强度 f′_p＝380MPa

弹性模量 E_p＝2.05×10⁵MPa

弹性模量比 n_p＝E_p/E_c＝5.6

一根Φ^H9钢丝的换算截面面积为 63.62×5.6＝356.3mm²

按TB10002.3的计算结果

按规范GB50010验算

材料参数

规范GB50010规定的材料参数为：

C60混凝土：抗压强度标准值 f_ck＝38.5MPa

抗拉强度标准值 f_tk＝2.85MPa

抗压强度设计值 f_c＝27.5MPa

抗拉强度设计值 f_t＝2.04MPa

弹性模量 E_c＝3.60×10⁴MPa

预应力钢丝Φ^H9：强度标准值 f_ptk＝1570MPa

抗拉强度设计值 f_py＝1110MPa

抗压强度设计值 f′_py＝410MPa

弹性模量 E_s＝2.05×10⁵MPa

疲劳应力幅限值 Δf^f _py＝180MPa(0.7≤ρ^f _p＜0.8)

Δf^f _py＝120MPa(0.8≤ρ^f _p＜0.9)

公称截面积 63.62mm²

理论重量 0.499kg/m

弹性模量比 α_E＝E_s/E_c＝5.7

一根Φ^H9钢丝的换算截面面积为 63.62×5.7＝362.6mm²

本发明提供的双层双向先张轨道板优势在于：

1、良好的力学性能

1)、纵横向的高抗裂性

由于预应力钢筋布筋分散，混凝土有效预压应力比较均匀，而且预应力钢筋在轨道板受弯时能发挥作用，因而双层双向板具有较高的抗裂性能。根据计算和荷载试验结果，其纵横向抗裂强度均大于60KN·m/m(客专无砟轨道技术再创新攻关组推荐的设计值为横向23KN·m/m，纵向17.5KN·m/m)。

2)、较好的抗翘曲能力，长面台座生产工艺的钢筋定位较后张钢棒的定位精度要高，而且其翘曲弯矩的大小是由上下层预应力钢筋合力对中和轴的偏离量决定，而不是由单根预应力钢筋(棒)的丝位偏差决定。此外，双层双向板的钢筋对轨道板翘曲变形有一定的抑制作用，所以双层双向板因混凝土收缩徐变或板底、板面温差产生的翘曲变形较小。

2、轨道电路的信号衰减小，由于双层双向板含钢量低，钢丝分离绝缘良好，板内无金属闭合回路存在，故不需附加任何绝缘措施，就能满足各种信号制式轨道电路要求，测试表明，双层双向板无砟轨道的轨道电路信号衰减量接近有砟轨道。轨道板绝缘稳定可靠。

3、优良的耐久性，双层双向板具有高抗裂性能，钢筋最小保护层也有45.5mm，当混凝土原料、制配、施工和养护满足耐久性混凝土要求，外露钢筋头作有效防腐保护时，在环境作用等级不劣于III-C(GB/T 50476-2008)的条件下，其设计使用年限可达100年，与线路下部结构(桥梁，隧道等)的设计寿命相匹配。

4、显著的经济性，造价低廉是双层双向板的突出优点，其经济优势主要由以下因素构成：

1)、总用钢量较CRTS I型板降低60％；

2)、不需永久锚具和锚垫板；

3)、没有绝缘费用；

4)、长面台座的高效率生产。

据初步估计，双层双向先张板的出厂价格，目前就可比I型和II型板分别降低20％和35％，今后如批量生产，价格还可进一步降低。

5、限位方式灵活，双层双向板不仅适用于凸台限位的单元板，也适用于纵联限位的纵联板，而且能适应两种限位方式的混合使用。双层双向板的纵联是直接利用纵向预应力钢丝的外露钢丝头安装上连接板即可，比CRTS II型板的纵联方式更加简单、经济、有效。由于双层双向板可用于单元板或纵联板，甚至同一块轨道板的两端可采用不同的限位方式，这就为线路设计人员在轨道板的选型和布置时提供了极大的灵活性。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种双层双向先张轨道板，其特征在于：

包括轨道板，所述轨道板对称于中和轴两侧分别设有一层横向、一层纵向预应力钢筋组；

所述纵向预应力钢筋组在所述轨道板的同一水平面内分布；

所述横向预应力钢筋组在所述轨道板的同一水平面内分布；

所述轨道板同侧的纵向钢筋与横向钢筋之间净间距不小于6mm；

所述轨道板四周预应力钢筋锚固区内分别设有两道竖向箍筋，中部沿轨道板纵向对称于板中心亦设有一道竖向箍筋，所述竖向箍筋外侧设有绝缘层。

2.如权利要求1所述的双层双向先张轨道板，其特征在于：

所述纵向钢筋及所述横向钢筋采用先张工艺，在浇筑过程中始终处于高应力绷紧状态。

3.如权利要求1所述的双层双向先张轨道板，其特征在于：

所述纵向钢筋及所述横向钢筋在所述轨道板内互不接触。

4.如权利要求1所述的双层双向先张轨道板，其特征在于：

所述轨道板为CRTS I型轨道板或CRTS II型轨道板。