CN107443542A - 一种frp预应力筋无砟轨道板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种FRP预应力筋无砟轨道板，包括沿纵长方向延伸的板体，沿板体厚度方向设有多层受力筋网片，所述受力筋网片水平布置在板体内，受力筋网片包括沿板体横向延伸的数根钢‑连续纤维复合筋以及沿板体纵长方向延伸的数根高强钢筋，钢‑连续纤维复合筋和高强钢筋正交排布；所述板体内沿纵长方向和横向均还设置数根FRP预应力筋，FRP预应力筋位于相邻两层受力筋网片之间；本发明还公开一种FRP预应力筋无砟轨道板的制备方法；采用钢‑连续纤维复合筋和传统高强钢筋组成受力筋网片，提高了轨道板的绝缘性能；采用FRP预应力筋来增加开裂荷载，提高了轨道板的耐疲劳性和耐久性能，该方法无需其他绝缘措施，可有效降低生产成本。

Description

一种FRP预应力筋无砟轨道板及其制备方法
技术领域
本发明涉及铁路轨道技术，具体的说，是涉及一种带有FRP预应力筋的无砟轨道板及其制备方法。
背景技术
无砟轨道作为当今世界先进的轨道技术，以其高平顺性、高稳定性和高耐久性的特点，广泛应用于世界各国的高速铁路上。
为了使无砟轨道的平顺性、稳定性和耐久性达到要求，目前采用多种手段提高无砟轨道板的绝缘性和耐久性。在提高绝缘性能方面，目前采用较多的有两种方法，第一种方法为涂层法，在钢筋网片上涂刷绝缘涂层以达到绝缘目的，但该方法在轨道板制作过程中容易使绝缘涂层破损，致使绝缘效果降低；第二种方法为热塑套管或塑料卡子法，该方法虽能达到较为理想的绝缘效果，但成本较高，施工麻烦，而且钢筋网片绝缘点较多，会使钢筋与混凝土黏结力降低；在提高耐久性能方面，目前较多的采用预应力筋来增加开裂荷载和采用高强度混凝土来提高抗渗性能，而现有技术的预应力筋在恶劣环境下的耐疲劳和耐腐蚀性能较差，高应力工作条件下，由于锈蚀导致了预应力筋的耐久性和可靠性能得不到保证；此外，轨道板采用的高强混凝土虽然强度较高，但韧性不足，往往在受到冲击荷载时出现裂缝，进一步降低了轨道板的耐久性。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种FRP预应力筋无砟轨道板，该轨道板克服了现有技术的缺陷，具备高绝缘性和高耐久性的突出特点。
本发明的另一目的是提供一种FRP预应力筋无砟轨道板的制备方法，使用该方法可以制得具有高绝缘性和高耐久性的无砟轨道板。
技术方案：本发明所述的一种FRP预应力筋无砟轨道板，包括沿纵长方向延伸的板体，沿板体厚度方向设有多层受力筋网片，所述受力筋网片水平布置在板体内部，受力筋网片包括沿板体横向延伸的数根钢-连续纤维复合筋以及沿板体纵长方向延伸的数根高强钢筋，钢-连续纤维复合筋和高强钢筋正交排布；所述板体内沿纵长方向和横向均还设置数根FRP预应力筋，所述FRP预应力筋位于相邻两层受力筋网片之间。其中，板体的纵长方向为钢轨铺设方向，板体的横向为轨道宽度方向；FRP为纤维增强复合材料,具有质轻而硬，不导电，机械强度高，耐腐蚀等特性。
所述钢-连续纤维复合筋包括FRP包覆层和钢筋内芯，所述钢筋内芯为带肋钢筋，FRP包覆层顺着肋牙螺旋式缠绕在钢筋内芯外部。利用FRP优异的绝缘性能与钢复合后得到钢-连续纤维复合筋来提高轨道板的绝缘性能，钢-连续纤维复合筋的本构关系是双曲线，从材料上，保证了结构具有稳定的二次刚度，提高轨道板的承载力，位移延性和能量储备。
所述板体包括沿厚度方向依次设置的上保护层、中间层和下保护层，上保护层和下保护层为纤维混凝土材质，中间层为高强混凝土材质；所述受力筋网片设有两层，分别设置在上保护层和下保护层内，所述FRP预应力筋设置在中间层内。上下保护层采用高性能纤维混凝土，增加了钢-连续纤维复合筋和混凝土的粘结性能，提高了轨道板抗裂能力和抗冲击能力，进一步提高轨道板的绝缘性和耐久性，中间层采用传统高强混凝土，有效节约造价。
本发明所述的FRP预应力筋无砟轨道板的制备方法，包括以下步骤：
(1)预制钢-连续纤维复合筋；
(2)将预制好的钢-连续纤维复合筋和高强钢筋正交排布组成受力筋网片；
(3)采用拉挤成型工艺制作FRP预应力筋，将FRP有捻粗纱浸渍环氧树脂，再通过数根条带绑缚，加热成型得到FRP预应力筋；
(4)将受力筋网片以及FRP预应力筋分层布置在轨道板模具内，FRP预应力筋布置在相邻两层受力筋网片之间；
(5)通过夹片式锚具，采用先张法张拉FRP预应力筋，达到无砟轨道板规范要求的预应力；
(6)浇筑混凝土，凝固成型，得无砟轨道板。
有益效果：本发明所述的一种FRP预应力筋无砟轨道板，采用钢-连续纤维复合筋和传统高强钢筋组成受力筋网片，解决了传统钢筋网片闭合回路问题，有效提高了无砟轨道板的绝缘性能；采用性能优异的FRP预应力筋来增加开裂荷载，有效提高了无砟轨道板的耐疲劳性和耐久性能，满足恶劣环境下的使用要求。通过本发明所述的FRP预应力筋无砟轨道板的制备方法，能够生产出高绝缘性、高耐久性的无砟轨道板，制造工艺简单，无需其他绝缘措施，有效降低绝缘成本。
附图说明
图1是本发明无砟轨道板结构示意图；
图2是钢-连续纤维复合筋结构示意图；
图3是本发明的受力筋网片结构示意图；
图4是本发明无砟轨道板横截面示意图；
图5是本发明无砟轨道板纵截面示意图；
图6是FRP预应力筋示意图；
图7是电阻增量实验曲线图；
图8是电感增量实验曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的可实现方式做进一步说明。
如图1-6所示，一种FRP预应力筋无砟轨道板，包括板体1，板体1内部设有FRP预应力筋2。其中，FRP预应力筋2采用包括玄武岩纤维、芳纶纤维和碳纤维等多种纤维复合材料通过挤拉成型工艺制作而成，沿板体1纵向和横向均设置有数根FRP预应力筋2，通过夹片式锚具采用先张法预先张拉FRP预应力筋2，使FRP预应力筋2布置的数量、位置以及预应力大小均满足无砟轨道板的规范要求。
板体1内部还设有钢-连续纤维复合筋3和高强钢筋4，其中，钢-连续纤维复合筋3包括FRP包覆层6和钢筋内芯5，钢筋内芯5为带肋钢筋，打磨掉钢筋的纵向肋后，根据肋纹的形式，采用FRP包覆层6顺着肋牙螺旋式缠绕在钢筋内芯5外部。无砟轨道板的横向受力筋采用钢-连续纤维复合筋3，纵向受力筋仍采用传统的高强钢筋4，即钢-连续纤维复合筋3沿板体1的宽度方向延伸，高强钢筋4沿板体1的长度方向也就是钢轨铺设方向延伸，横向及纵向受力筋的数量和布置间距均满足原无砟轨道板的规范要求，钢-连续纤维复合筋3和高强钢筋4正交排布组成受力筋网片，钢-连续纤维复合筋3和高强钢筋4的交点采用绝缘扎丝7绑缚固定，绝缘扎丝7可以采用普通绝缘钢扎丝或者塑料扎丝。
板体1沿厚度方向分为三层，依次是上保护层8、中间层9以及下保护层10，上保护层8和下保护层10采用高性能纤维混凝土浇筑，根据不同无砟轨道板对于性能的要求，可选择多种纤维材料，包括玄武岩纤维、碳纤维等，中间层9仍然采用规范要求的高强混凝土。FRP预应力筋2浇筑在中间层9内，FRP预应力筋2位于两层受力筋网片之间，两层受力筋网片分别设置在上保护层8和下保护层9内部。
采用下述工艺步骤制备上述FRP预应力筋无砟轨道板：
(1)预制钢-连续纤维复合筋3，采用带肋钢筋作为钢筋内芯5，打磨去除带肋钢筋的纵向肋，采用FRP无捻粗纱充分浸渍环氧树脂，用浸渍后的FRP无捻粗纱作为FRP包覆层6顺着带肋钢筋的肋牙对钢筋内芯5进行螺旋式缠绕，得钢-连续纤维复合筋3，其中FRP可以选择玄武岩纤维，芳纶纤维，玻璃纤维，PBO纤维，Dyneema纤维；
(2)将预制好的钢-连续纤维复合筋3和传统高强钢筋4正交排布组成受力筋网片，采用绝缘扎丝7绑扎固定受力筋网片各个节点；
(3)采用拉挤成型工艺制作FRP预应力筋，将FRP有捻粗纱11浸渍环氧树脂，再通过数根塑料条带12绑缚，加热成型得到FRP预应力筋；
(4)将受力筋网片以及FRP预应力筋2分层布置在轨道板模具内，下保护层10和上保护层8布置受力筋网片，中间层9布置FRP预应力筋2，受力筋和预应力筋的均按无砟轨道板的规范要求布置，沿板体纵向或者横向延伸；
(5)通过夹片式锚具，采用先张法张拉FRP预应力筋2，达到无砟轨道板规范要求的预应力；
(6)分层次浇筑混凝土，先用纤维混凝土浇筑下保护层10，再用高强混凝土浇筑中间层9，最后用纤维混凝土浇筑上保护层8，得无砟轨道板。
采用上述方法制备的FRP预应力筋无砟轨道板，依据科技基[2008]173号轨道板绝缘性能检测方法对制备的FRP预应力筋无砟轨道板进行绝缘实验，实验过程通过调整测试频率和各轨道板距离钢轨的高度，观察各轨道板对钢轨电阻以及钢轨电感的影响，如图7、图8所示，在2000Hz及3000Hz测试频率下，本发明的双块式无砟轨道板S1对比现有钢筋网片的无砟轨道板D1电阻影响减小了83.6％-94.2％，电感影响减小了27.1％-66.76％。
按照科技基[2008]173号文件的要求，对制备的FRP预应力筋无砟轨道板进行受弯实验，测试了跨中截面和轨下截面轨道板，整个试验程序由电液伺服试验系统控制，由力传感器测量荷载值。结果如表1所示：
表1轨道板受弯对比实验数据表
相比现有技术的无砟轨道板，本发明的FRP预应力筋无砟轨道板力学性能也有明显提升，其位移延性、极限承载力均比现有技术的无砟轨道板高。

Claims (8)

1.一种FRP预应力筋无砟轨道板，包括沿纵长方向延伸的板体，其特征在于：沿板体厚度方向设有多层受力筋网片，所述受力筋网片水平布置在板体内部，受力筋网片包括沿板体横向延伸的数根钢-连续纤维复合筋以及沿板体纵长方向延伸的数根高强钢筋，钢-连续纤维复合筋和高强钢筋正交排布；所述板体内沿纵长方向和横向均还设置数根FRP预应力筋，所述FRP预应力筋位于相邻两层受力筋网片之间。
2.根据权利要求1所述的FRP预应力筋无砟轨道板，其特征在于：所述钢-连续纤维复合筋包括FRP包覆层和钢筋内芯，所述钢筋内芯为带肋钢筋，FRP包覆层顺着肋牙螺旋式缠绕在钢筋内芯外部。
3.根据权利要求1所述的FRP预应力筋无砟轨道板，其特征在于：所述板体包括沿厚度方向依次设置的上保护层、中间层和下保护层，上保护层和下保护层为纤维混凝土材质，中间层为高强混凝土材质；所述受力筋网片设有两层，分别设置在上保护层和下保护层内，所述FRP预应力筋设置在中间层内。
4.根据权利要求1所述的FRP预应力筋无砟轨道板，其特征在于：所述高强钢筋与钢-连续纤维复合筋的交点采用绝缘扎丝绑扎方式固定。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的FRP预应力筋无砟轨道板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预制钢-连续纤维复合筋；
(2)将预制好的钢-连续纤维复合筋和高强钢筋正交排布组成受力筋网片；
(3)采用拉挤成型工艺制作FRP预应力筋，将FRP有捻粗纱浸渍环氧树脂，再通过数根条带绑缚，加热成型得到FRP预应力筋；
(4)将受力筋网片以及FRP预应力筋分层布置在轨道板模具内，FRP预应力筋布置在相邻两层受力筋网片之间；
(5)通过夹片式锚具，采用先张法张拉FRP预应力筋，达到无砟轨道板规范要求的预应力；
(6)浇筑混凝土，凝固成型，得无砟轨道板。
6.根据权利要求5所述的FRP预应力筋无砟轨道板的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中预制钢-连续纤维复合筋包括下述步骤：
(1.1)打磨钢筋内芯，去除带肋钢筋的纵向肋；
(1.2)采用FRP无捻粗纱充分浸渍环氧树脂；
(1.3)用浸渍后的FRP无捻粗纱顺着钢筋的肋牙对钢筋内芯进行螺旋式缠绕，得钢-连续纤维复合筋。
7.根据权利要求5所述的FRP预应力筋无砟轨道板的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，在轨道板模具内均匀布置两层受力筋网片，分别布置在下保护层和上保护层内，FRP预应力筋布置在中间层内；步骤(6)中，浇筑混凝土时分层浇筑不同材质的混凝土，下保护层浇筑纤维混凝土，中间层浇筑高强混凝土，上保护层浇筑纤维混凝土。
8.根据权利要求5所述的FRP预应力筋无砟轨道板的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中钢-连续纤维复合筋和高强钢筋正交排布组成的受力筋网片节点采用绝缘扎丝绑扎方式固定。
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