CN107574725B - 一种双块式无砟轨道板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双块式无砟轨道板，包括道床板和浇筑在道床板内的双块式轨枕，双块式轨枕包括两个枕块以及两端分别浇筑在两个枕块内的若干桁架，桁架为空间桁架，桁架包括沿枕块高度方向分层布置的多根纵梁，所述纵梁采用钢‑连续纤维复合筋制成，纵梁的延伸方向与双块式轨枕的延伸方向一致。本发明还公开了一种双块式无砟轨道板的制备方法，以钢‑连续纤维复合筋制作的桁架作为横向受力筋与混凝土结合，制备的双块式无砟轨道板；消除了轨道板内部钢筋桁架形成的闭合回路，提高了轨道板的绝缘性能，增加了轨道电路的使用长度，并且保证了轨道板的受力性能和耐久性能，该制备方法工艺简单，无需其他绝缘措施，有效减小成本。

Description

一种双块式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，是涉及一种带有钢-连续纤维复合筋桁架的双块式无砟轨道板及其制备方法。

背景技术

双块式无砟轨道采用钢筋混凝土制造，结构稳定，使用寿命长，普遍应用于全球范围的高速铁路上。当双块式无砟轨道应用无绝缘轨道电路时，由于钢轨和轨枕内钢筋桁架形成的闭合回路产生互感作用，恶化了轨道电路的一次参数，使得钢轨等效电阻增大，电感减小，道砟漏泄电阻减小，影响了轨道电路的传输性能，导致轨道电路的使用长度明显缩短。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种双块式无砟轨道板，该轨道板有效的提高了绝缘性能，解决现有轨道电路传输性能不佳的问题。

本发明的另一目的是提供一种制备双块式无砟轨道板的方法，该方法可以制得高绝缘性能的双块式无砟轨道板。

技术方案：本发明所述的一种双块式无砟轨道板，包括道床板和浇筑在道床板内的双块式轨枕，所述双块式轨枕包括两个枕块以及若干桁架，所述桁架两端分别浇筑在两个枕块内，其特征在于：所述桁架为空间桁架，桁架包括沿枕块高度方向分层布置的多根纵梁，所述纵梁采用钢-连续纤维复合筋制成，纵梁的延伸方向与双块式轨枕的延伸方向一致。

其中，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。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，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。

所述枕块包括沿高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；所述纵梁分两层布置，上层的纵梁布置在上保护层内，下层的纵梁布置在下保护层内。采用高性能纤维混凝土浇筑上下保护层，一方面增加了钢-连续纤维复合筋桁架和混凝土的粘结性能，同时提高了轨道板抗裂能力和抗冲击能力，有效节约造价，进一步提高轨道板的耐久性；另一方面也能提高双块式无砟轨道板的绝缘性能。

本发明所述的双块式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)采用多根钢-连续纤维复合筋作为纵梁，制作桁架；

(3)将桁架布置在双块式轨枕模具内，用混凝土浇筑枕块，预制双块式轨枕；

(4)将预制的双块式轨枕按轨道施工标准铺设好，浇筑混凝土道床板，制成双块式无砟轨道板。

有益效果：本发明所述的双块式无砟轨道板通过以钢-连续纤维复合筋制作的桁架作为横向受力筋，有效的消除了轨道板内部钢筋桁架形成的闭合回路，提高了轨道板的绝缘性能，增加了轨道电路的使用长度；钢-连续纤维复合筋和混凝土之间没有其他绝缘材料，两者粘结性能更好，有效的保证了轨道板的受力性能和耐久性能。本发明所述的无砟轨道板的制备方法能够制作高绝缘性能的无砟轨道板，该方法工艺简单，无需其他绝缘措施，有效减小生产成本。

附图说明

图1是本发明双块式轨枕结构示意图；

图2是本发明桁架结构示意图；

图3是钢-连续纤维复合筋结构示意图；

图4是本发明纵梁与侧向连接筋节点示意图；

图5是本发明桁架剖面结构示意图；

图6是本发明枕块剖面结构示意图；

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做进一步详细说明。

一种双块式无砟轨道板，包括道床板和浇筑在道床板内的双块式轨枕，如图1-6所示，所述双块式轨枕包括用于支撑铁轨的两个枕块1以及水平平行排布的两个桁架2，所述桁架2的两端分别浇筑在两个枕块1内，将两个枕块1连接成双块式轨枕，所述桁架2为空间桁架，桁架2包括沿枕块1高度方向分层布置的多根纵梁3，纵梁3的延伸方向与双块式轨枕的延伸方向一致，作为优选实施方式，纵梁3分两层排布，上层布置一根纵梁3，下层布置两根纵梁3，下层的两根纵梁3位于同一水平面，上层的纵梁3设在下层两根纵梁3的中间的垂直平面上，三根纵梁3的横截面呈等腰三角形；纵梁3采用钢-连续纤维复合筋制成，所述的钢-连续纤维复合筋包括FRP包覆层32和钢筋内芯31，钢筋内芯31为带肋钢筋，打磨掉带肋钢筋的纵向肋后，根据肋纹的形式，采用FRP包覆层32顺着肋牙螺旋式缠绕在钢筋内芯31外部，FRP包覆层32可以选择玄武岩纤维，芳纶纤维，玻璃纤维，PBO纤维和Dyneema纤维等FRP材料，而钢筋内芯31可以采用带肋的普通钢筋或者高强钢筋制作。

所述桁架2还设有多根侧向连接筋4，侧向连接筋4采用高强钢筋制成，每根侧向连接筋4连接在不处于同一层的两根纵梁3之间。侧向连接筋4与纵梁3的连接点通过纤维和树脂固化方式形成节点5。桁架2还设有水平支撑杆6，水平支撑杆6采用FRP材料制成，水平支撑杆6的两端分别连接在同一层的两根相邻纵梁3的相邻节点5上。作为优选，本实施例中，将高强钢筋弯折成具有多个波峰波谷的波形侧向连接筋4，侧向连接筋4的波峰连接在上层的纵梁3上，波谷连接在下层的纵梁3上，上层的纵梁3通过两根侧向连接筋4分别与下层的两根纵梁3相连，再通过纤维和树脂固化形成节点5，FRP材料制成的水平支撑杆6支撑在下层的两根纵梁3的相邻节点5上。

如图6，所述枕块1还包括沿高度方向依次设置的上保护层7、中间层8和下保护层9，上保护层7和下保护层9采用高性能纤维混凝土浇筑形成，中间层8采用高强混凝土浇筑；上层的纵梁3浇筑在上保护层7内，下层的纵梁3浇筑在下保护层9内，侧向连接筋4穿过中间层8，侧向连接筋4的波峰和波谷分别位于上保护层7和下保护层8内。高性能纤维混凝土采用玄武岩纤维、碳纤维等多种纤维材料制成，高强混凝土仍然采用规范要求的粉煤灰，矿粉和硅灰等制成。

采用下述方法制备上述双块式无砟轨道板：

(1)预制钢-连续纤维复合筋，采用带肋钢筋作为钢筋内芯31，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32顺着带肋钢筋的肋牙对钢筋内芯31进行螺旋式缠绕，得钢-连续纤维复合筋，其中FRP可以选择玄武岩纤维，芳纶纤维，玻璃纤维，PBO纤维和Dyneema纤维；

(2)采用预制好的钢-连续纤维复合筋作为纵梁3，制作空间桁架；纵梁3分两层相互平行排布，上层布置一根，下层布置两根，且上层纵梁3处在下层两根纵梁3的中间垂直平面上，三根纵梁3的截面呈等腰三角形布置不在同一层的两根纵梁3之间通过侧向连接筋4连接；侧向连接筋4采用高强钢筋制作，将高强钢筋弯折成波形，波峰连接上层纵梁3，波谷连接下层纵梁3，上层的纵梁3通过两根侧向连接筋4分别与下层的两根纵梁3相连，侧向连接筋4与纵梁3的连接点采用纤维和树脂固化形成节点5，同一层的两根相邻纵梁3的相邻节点5通过FRP材料制作的水平支撑杆6连接；

(3)将桁架2布置在双块式轨枕的模具内，用混凝土浇筑枕块1，预制双块式轨枕；采用纤维混凝土浇筑枕块1的下保护层9，桁架2下层的纵梁3浇筑在下保护层9内，然后用高强混凝土浇筑枕块1的中间层8，露出桁架2的上层纵梁3，最后用纤维混凝土浇筑枕块1的上保护层7，将上层的纵梁3浇筑于上保护层7内，并最终成型双块式轨枕；

(4)将预制的双块式轨枕按轨道施工标准横向铺设均匀排布在轨道板模具内，浇筑混凝土道床板，制成双块式无砟轨道板；道床板也设有上保护层7中间层8以及下保护层9，且均与枕块1处于同一位置；浇筑混凝土道床板前先铺设好纵向受力筋，采用传统高强钢筋作为纵向受力筋水平铺设在道床板中间层8的位置，用纤维混凝土浇筑成下保护层9，用高强混凝土浇筑中间层8，最后再用纤维混凝土浇筑上保护层7，从而制得双块式无砟轨道板。

采用上述方法制备双块式无砟轨道板，依据科技基[2008]173号轨道板绝缘性能检测方法对制备的双块式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82.7％-93.6％，电感影响减小了26.6％-65.3％。

按照科技基[2008]173号文件的要求，对制备的双块式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 (9)

1.一种双块式无砟轨道板，包括道床板和浇筑在道床板内的双块式轨枕，所述双块式轨枕包括两个枕块以及若干桁架，所述桁架两端分别浇筑在两个枕块内，其特征在于：所述桁架为空间桁架，桁架包括沿枕块高度方向分层布置的多根纵梁，所述纵梁采用钢-连续纤维复合筋制成，纵梁的延伸方向与双块式轨枕的延伸方向一致；

所述枕块包括沿高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；所述纵梁分两层布置，上层的纵梁布置在上保护层内，下层的纵梁设置在下保护层内。

2.根据权利要求1所述的双块式无砟轨道板，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所述的双块式无砟轨道板，其特征在于：所述桁架还设有多根侧向连接筋，所述侧向连接筋采用高强钢筋制成；不在同一层的两根纵梁之间通过侧向连接筋连接。

4.根据权利要求3所述的双块式无砟轨道板，其特征在于：所述侧向连接筋与纵梁的连接点通过纤维和树脂固化方式形成节点。

5.根据权利要求4所述的双块式无砟轨道板，其特征在于：所述桁架还设有水平支撑杆，所述水平支撑杆为FRP材料制成，水平支撑杆的两端分别连接在同一层的两根相邻纵梁的相邻节点上。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的双块式无砟轨道板的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)预制钢-连续纤维复合筋；

(2)采用多根钢-连续纤维复合筋作为纵梁，制作桁架；

(3)将桁架布置在双块式轨枕模具内，用混凝土浇筑枕块，预制双块式轨枕；

(4)将预制的双块式轨枕按轨道施工标准铺设好，浇筑混凝土道床板，制成双块式无砟轨道板。

7.根据权利要求6所述的双块式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。

8.根据权利要求6所述的双块式无砟轨道板的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中桁架的侧向连接筋采用高强钢筋制成，将侧向连接筋连接在不在同一层的两根纵梁之间，侧向连接筋与纵梁的连接点采用纤维和树脂固化形成节点，同一层的两根相邻纵梁的相邻节点通过FRP材料制作的水平支撑杆连接。

9.根据权利要求6所述的双块式无砟轨道板的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中浇筑枕块时采用分层浇筑，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。