CN1865593A - 双向先张法预应力混凝土轨道板及流水机组法生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种易于流水线生产的、电气性能优良的、制造成本低的双向先张预应力混凝土轨道板及能够批量生产双向先张预应力混凝土轨道板的流水机组法生产工艺，其中，轨道板呈长方体形，其板体上设置有各种预留结构，在轨道板板体内沿长度方向和宽度方向分别设置有不少于两层钢丝，所述沿长度方向设置的钢丝和沿宽度方向设置的钢丝互不接触，所述预应力混凝土轨道板在长度方向和宽度方向双向先张；流水机组法生产工艺主要包括喷涂脱模剂、下料、张拉、混凝土敷料、振动、养护、放张及脱模等生产工序；该轨道板轨道电气性能优良，经济实用，弥补了现有技术的不足，该流水机组法生产工艺简单，易于生产；轨道板主要应用于高速铁路的建设。
Description
技术领域
本发明涉及高速铁路轨道技术领域，更进一步的说，涉及了一种适合于高速铁路无渣轨道的双向先张预应力混凝土轨道板及其流水机组法生产工艺。
背景技术
随着科学技术的不断发展，有渣轨道因其种种弊端逐步被淘汰，而无渣轨道因其高可靠性、高平顺性、高耐久性以及近乎无轨道维护等特点在高速铁路的建设中逐步被采纳，但无渣轨道的关键技术在于轨道板及其制造工艺。
铺设在路基上面的轨道板因其承受来自两条钢轨的压力，时间已久，往往因受外力变形引起轨道板出现裂缝或断裂的现象，因此造成不必要的损失，同时，维护起来也很不方便；为此，在轨道板的制造过程中，往往对轨道板内设置钢筋或钢绞线或钢棒或钢丝，并对其施加预应力，以此来减小轨道板受外力引起的变形；轨道板预应力的施加可采用先张法和后张法，在实际应用中，现有的轨道板多为预应力后张混凝土轨道板，预应力后张混凝土轨道板的制作工艺很复杂，生产效率低，且为了锚固预应力筋而需要大量的锚具，而且，现有的轨道板通常带有钢筋笼，以此来增强轨道板的强度，这都使得轨道板的成本大大增加。
另外，铁路信号系统采用的轨道电路是利用钢轨作为传输介质，以此传递有关区段空闲或占用的信息，以及控制列车运行的各种信息；轨道电路的传输性能受到线路电阻、电感、道床类型、清洁程度等诸多因素影响，致使轨道电路的极限长度在不同的线路条件下产生了较大的差异；秦沈客运专线板式轨道试验段主要借鉴日本的经验，采用双向后张预应力轨道板，由于采用后张工艺，轨道板内除设置有预应力钢绞线外，还必需配置普通钢筋笼，以使轨道板自身的强度得到满足；常见的后张预应力轨道板的普通钢筋笼由上、下两层钢筋网组成，每层钢筋网由纵向20根f10钢筋和横向30根f10钢筋组成，普通钢筋总质量达291kg，这些钢筋有的与钢轨平行，有的与钢轨垂直，它们相互连接，在几何形状上构成许多闭合的图形；当轨道电路工作时，在钢轨中传输的是音频范围的交变信号，钢轨中电流发生变化时引起钢轨周围产生交变的磁场，通过电磁感应在后张法轨道板内的钢筋网中产生若干交变的感应电流，而这些感应电流产生的交变磁场又将反过来阻止钢轨中电流的变化；由于感应电流的产生，使轨道电路传输的电功率受到了损失，导致轨道电路极限长度的缩短；当轨道板中的钢筋距钢轨越近时，在轨道板钢筋网内形成的感应电流越强，轨道电路传输的能量损失越严重，轨道电路的极限长度就越短；反之，当轨道板中的钢筋网距钢轨越远时，在轨道板钢筋网内形成的感应电流越弱，轨道电路传输的能量损失越少，轨道电路的极限长度就越长；法国专家要求在轨面下40cm以下的区域才能埋设钢筋，就是想使在轨道板钢筋网产生的感应电流降至很小的范围，以致对轨道电路的电传输功能不造成过大的影响，但未见其对于40cm这一数据的定量分析；要实现轨道板远离轨道面40cm以上是很困难的，而且整个轨道结构都将完全改变。
基于以上原因，科研人员一直在不懈的努力研究，并不断寻找新的、实用的方法以解决混凝土轨道板制作工艺复杂、造价高、轨道电路不理想的问题。
为解决混凝土轨道板的生产工艺问题，科研人员在深入研究和吸收借鉴的基础上，并发现，采用后张法生产工艺工序多，生产效率低，且需消耗大量锚具，成本高，产品质量不易保证，不适于大规模推广应用；与后张法相比，先张法的生产工艺简便，构件力学性能优良，特别是构件的成本大大降低；因此，生产预应力双向先张混凝土轨道板既节约成本、简化工艺，而且构件力学性能优良、轨道电路损耗小，正因为此，为解决双向先张混凝土轨道板批量生产的问题，科研人员对现有的生产工艺不断进行改进，并积极试验，逐步使双向先张混凝土轨道板的生产变为可能。
目前，适合于轨道板批量生产的工艺主要是长线台座法生产工艺，但在实践中不难发现，长线台座法生产工艺因其自身生产工艺(在预应力放张过程中，无法同时进行双向放张)的原因，只能生产预应力后张混凝土轨道板或预应力单向先张混凝土轨道板，而不能够生产预应力双向先张混凝土轨道板；就世界上高速铁路发达国家而言，日本的轨道板采用的是双向无粘结后张法混凝土轨道板，意大利的轨道板采用的是纵向先张、横向后张法混凝土轨道板，我国的秦沈客运专线参照日本的经验，采用双向后张固定台座法混凝土轨道板，到目前为止，还未见有高速铁路发达国家采用批量生产双向先张混凝土轨道板的先例，也没有见有关文献进行过记载。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种易于流水线生产的、电气性能优良的、制造成本低的双向先张预应力混凝土轨道板及能够批量生产双向先张预应力混凝土轨道板的流水机组法生产工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双向先张法预应力混凝土轨道板，呈长方体形，轨道板板体上设置有各种预留结构，在轨道板板体内沿长度方向和宽度方向分别设置有不少于两层钢丝，所述沿长度方向设置的钢丝和沿宽度方向设置的钢丝互不接触，所述预应力混凝土轨道板在长度方向和宽度方向双向先张；
所述沿长度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线对称设置或其中一层设置在轨道板板体高度方向中心线上，所述沿宽度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线对称设置或其中一层设置在轨道板板体高度方向中心线上；
在轨道板板体内沿长度方向和宽度方向分别设置有两层钢丝，所述沿长度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线对称设置，所述沿宽度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线对称设置；
所述每层钢丝层的钢丝均匀分散分布，所述钢丝层呈平面，且彼此平行于轨道板上表面布置；
所述钢丝是螺旋肋钢丝。
制造双向先张法预应力混凝土轨道板所采用的流水机组法生产工艺，主要是：在车间内布置环形辊道，沿环形辊道设置若干工作台，把轨道板钢模型设置在环形辊道上，轨道板生产沿环形辊道流水作业，其生产步骤如下，(1)、轨道板钢模型进入喷涂工作台位，对其内表面喷涂脱模剂；然后，轨道板钢模型进入布置预应力钢丝工作台位；(2)、按顺序，布下层纵向预应力钢丝，布下层横向预应力钢丝，安装起吊螺栓，布上层横向预应力钢丝，布上层纵向预应力钢丝；然后，轨道板钢模型进入预应力钢丝张拉工作台位；(3)、对预应力钢丝进行张拉；然后，轨道板钢模型进入混凝土敷料工作台位；(4)、把调配好的混凝土置入轨道板钢模型；然后，轨道板钢模型进入振动工作台位；(5)、将轨道板钢模型移到振动工作台上面对混凝土进行振动；然后，轨道板钢模型进入养护池；(6)、将轨道板钢模型吊到养护池里养护；然后，轨道板钢模型进入放张工作台位；(7)、对预应力钢丝进行放张；最后，轨道板脱模，将轨道板吊入成品区，轨道板钢模型进入下一循环工艺。
本发明在研发过程中经过不断的实验和测试，具有突出的实质性特点和显著的进步性，其有益效果具体表现在以下几点：
1、本双向先张混凝土轨道板没有配置钢筋笼，而且配置的纵、横向预应力钢丝互不接触，即，本轨道板板体内没有构成任何金属环路，因而极大的改善了轨道板的电气性能，降低了轨道电路的损耗；
为验证上述分析，并与后张法轨道板相比较，科研人员在室内用12.5米钢轨分别置于本双向先张轨道板上和后张法轨道板上的同一高度测试轨道电路参数，并与钢轨下未铺设轨道板测得的数据进行了比较，测试结果见下表：
| f(HZ) | 状态 | L(Mh) | R(O) |
| 500 | 未铺设轨道板 | 0.0234 | 0.0311 |
| 双向先张法预应力轨道板 | 0.0234 | 0.0290 | |
| 后张法预应力轨道板 | 0.0237 | 0.0337 | |
| 1000 | 未铺设轨道板 | 0.0224 | 0.0367 |
| 双向先张法预应力轨道板 | 0.0224 | 0.0356 | |
| 后张法预应力轨道板 | 0.0221 | 0.0436 | |
| 2000 | 未铺设轨道板 | 0.0215 | 0.0478 |
| 双向先张法预应力轨道板 | 0.0216 | 0.0467 | |
| 后张法预应力轨道板 | 0.0206 | 0.0616 | |
| 3000 | 未铺设轨道板 | 0.0210 | 0.0591 |
| 双向先张法预应力轨道板 | 0.0210 | 0.0574 | |
| 后张法预应力轨道板 | 0.0198 | 0.0793 | |
| 4000 | 未铺设轨道板 | 0.0207 | 0.0679 |
| 双向先张法预应力轨道板 | 0.0207 | 0.0665 | |
| 后张法预应力轨道板 | 0.0193 | 0.0934 |
从上表数据中可以看出，本轨道板的测试数据与未铺设轨道板的数据基本相同，而后张法轨道板的测试数据则有明显改变；而且，将本轨道板放入水中浸泡15天后取出，然后测得的电气参数几乎没有变化。由于条件的限制，以上试验只是对两种轨道板的电气性能进行了定性分析，若要进行定量的分析，需要组织轨道专家进行更详细更科学的试验。
2、本双向先张轨道板没有配置钢筋笼，使得轨道板含钢量明显减少，而且采用先张法节省了大量的锚具，大大降低了生产成本，减少了制造工序，提高了工作效率，具有非常显著的经济效益；
两种轨道板主要技术经济指标列于下表：
| 项目 | 方向 | 单位 | 后张法(专线9616) | 先张法 | |
| 预应力钢筋 | 配筋 | 横向 | 16FS12.7 | 2×32FH7 | |
| 纵向 | 2×6FS12.7 | 2×20FH7 | |||
| 用量 | KG | 75.61 | 105.9 | ||
| 普通钢筋 | 配筋 | 横向 | 2×30F10 | 无 | |
| 纵向 | 2×20F10 | 无 | |||
| 用量 | KG | 291.43 | 零 | ||
| 力学指标 | 初始张拉力 | 横向 | KN | 2050.4 | 2900.0 |
| 纵向 | KN | 1537.8 | 1812.0 | ||
| 永存张拉力 | 横向 | KN | 1435.4 | 2474.5 | |
| 纵向 | KN | 1214.9 | 1591.5 | ||
| 砼收缩徐变 | 横向 | Mpa | 41.5 | 59.3 |
| 产生的预应力损失SL5 | 纵向 | Mpa | 46.8 | 63.8 | ||
| 砼预压应力SPC | 横向 | Mpa | 1.29 | 2.57 | ||
| 纵向 | Mpa | 2.35 | 3.43 | |||
| 设计荷载下砼最大应力Scmax | 横向 | Mpa | 8.35 | 9.56 | ||
| 纵向 | Mpa | 10.47 | 11.49 | |||
| 截面抗裂弯矩Mcr | 单位长度 | 横向 | KN.m/m | ±35.4 | ±42.6 | |
| 纵向 | KN.m/m | ±42.0 | ±48.2 | |||
| 一块轨道板 | 横向 | KN.m | ±174.5 | ±210.0 | ||
| 纵向 | KN.m | ±100.8 | ±115.7 | |||
| 成本比较 | 1.00 | 0.66 | ||||
3、在本双向先张轨道板的纵向和横向，预应力钢丝设计为两层，而且对称配置在高度方向中心线的两侧，因而减少了轨道板徐变翘曲的可能性；
4、在本双向先张轨道板的预应力钢丝不筋分散均匀，使得砼预应力均匀，轨道板受力性能好，抗裂度高，而且，其限制砼裂纹产生和发展的能力优于后张法轨道板，尤其比无粘结后张轨道板强；
5、采用流水机组法生产工艺简化了轨道板生产工艺，提高了劳动效率，使双向先张混凝土轨道板能够得到批量生产；
5、为满足轨道板钢模型的强度和刚度要求，最大限度的减轻钢模的重量，轨道板钢模采用了双向预应力钢结构；
6、轨道板钢模型采用装配式活动侧板，能便捷地布置先张法预应力钢丝，同时可直接起吊脱模，节省了庞大的翻转脱模装置；
7、轨道板生产工艺采用了流水生产线，可呈环状布置，节省了场地，同时，纵横两个方向的预应力张拉台位可以合并，节省投资；
8、预应力钢丝采用气热放张，从而减少预应力的传递长度。
附图说明
图1是本发明所述双向先张法预应力混凝土轨道板的结构示意图；
图2是本发明所述流水机组法生产工艺的环状工艺布置示意图；
图3是本发明所述流水机组法生产工艺生产流程示意图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的特点，现结合附图给出本发明所述双向先张法预应力混凝土轨道板的具体实施方式：
如图1所示，一种双向先张法预应力混凝土轨道板，呈长方体形，轨道板板体1上设置有各种预留结构，在轨道板板体内沿长度方向和宽度方向分别设置有两层钢丝，所述沿长度方向设置的钢丝3和沿宽度方向设置的钢丝4互不接触，所述预应力混凝土轨道板在长度方向和宽度方向双向先张；所述沿长度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线5对称设置，所述沿宽度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线对称设置；所述每层钢丝层的钢丝均匀分散分布，所述钢丝层呈平面，且彼此平行于轨道板上表面布置；所述钢丝是螺旋肋钢丝。
结合附图2和附图3，对流水机组法生产双向先张法预应力混凝土轨道板的生产工艺进行详细的说明，具体生产工艺是：在车间半跨内设置轨道板成品区，在车间另半跨内，布置环形辊道12，沿环形辊道设置若干工作台，把轨道板钢模型设置在环形辊道上，其中，轨道板钢模型的固定端梁和张拉端梁采用了双向预应力钢结构和轨道板钢模型采用了装配式活动侧板，将养护池设置在环形辊道中央靠近振动工作台一侧，轨道板生产沿环形辊道流水作业，其生产步骤如下：
1、先整理、清理轨道板钢模型，并使轨道板钢模型进入喷涂工作台位6，在轨道板钢模型底部和上侧板与下侧板接缝处涂上脱模剂；然后，进入布置预应力钢丝工作台位7。
2、按顺序，分别布下层纵向预应力钢丝，布下层横向预应力钢丝，安装活动侧板和起吊螺栓，布上层横向预应力钢丝，布上层纵向预应力钢丝，其中，上、下层纵向预应力钢丝关于轨道板高度方向中心线对称设置，上、下层横向预应力钢丝关于轨道板高度方向中心线对称设置；预应力钢丝安装完毕并检验合格后，再进行附件安装，附件包括：塑料套管、螺旋筋、CA砂浆成孔轴、起吊螺母和定位螺栓；在安装过程中，附件与预应力钢丝干扰的地方，在不影响预应力钢丝张拉的情况下可适当移动与其干扰地方的预应力钢丝，移动的距离以能安装下附件为准，同时应变仪接线调平衡；然后，进入预应力钢丝张拉工作台位8。
3、对预应力钢丝进行张拉。在进行首次张拉前，要对张拉千斤顶进行标定，作为设定张拉值的依据；张拉前先检查锚固板是否安装到位，预应力钢丝是否交叉错位，确认无误后方可开始张拉作业；为了保证安全，要求张拉套的内外套必须联结牢固；张拉帽与丝杆，丝杆与张拉盒的连续丝扣要上满；张拉顺序：先横向后纵向，横、纵向张拉都为先两侧后中间，控制应力横向两侧张拉力为270KN，中跨360KN，纵向366KN，张拉时测定钢丝应变；张拉程序为：0→σk→静停1min→紧螺母→0(σk为控制应力)；然后，进入混凝土敷料工作台位9。
4、拌和物混合并进行性能检测，完毕，合格；把调配好的混凝土置入轨道板钢模型，生产前要将下料机构彻底清扫；然后，进入振动工作台位10；
5、将轨道板钢模型移到振动工作台上面，其中心线与振动工作台的中心线大体对齐；振动采用一次成型，振动的最终时间视混凝土的状态而定；振动结束后，拆掉辅助模板、预埋件，起吊螺栓；然后，进入养护池14；
6、将轨道板钢模型吊到养护池里，轨道板钢模型的中心线与养护平台的中心线必须一致；起吊时必须按照设计的起吊位置进行挂钩；检查无误后，把养护罩子盖上，盖养护罩子时必须保证通气时不影响下面的养护工艺；养护采用蒸汽养生，蒸汽养生的静停时间不应少于2小时，升、降温速度不应大于15℃/h，养护温度不应大于50℃；若罩内温度不易保持均匀，可采用电扇吹风使空气对流，要注意用电安全；养护时间按22小时进行，出池强度应达到混凝土设计强度的80％；张拉后还要进行三天以上的湿润养生；然后，进入放张工作台位11。
7、对预应力钢丝进行放张。对混凝土强度进行检测，完毕，合格；放张采用对称放张，在上层单根钢丝两边同时用气枪进行烧烤，每根钢丝烧断前的烧烤时间不低于15秒，下层运用电割方式放张，下层钢丝放张随着上层钢丝放张同时进行，放张完毕后实验室测定钢丝应变、混凝土应变；拆掉活动侧板，采用直接起吊脱模方式脱模，翻转时，要轻起轻落，与地面接触处要有衬垫，以防损伤混凝土；定位孔及塑料套管成型孔应用胶带或木塞盖口，以防杂物落入。
最后，将轨道板吊入成品区13，轨道板钢模型进入下一循环工艺。
Claims (7)
1、一种双向先张法预应力混凝土轨道板，呈长方体形，轨道板板体上设置有各种预留结构，其特征在于：在轨道板板体内沿长度方向和宽度方向分别设置有不少于两层钢丝，所述沿长度方向设置的钢丝和沿宽度方向设置的钢丝互不接触，所述预应力混凝土轨道板在长度方向和宽度方向双向先张。
2、根据权利要求1所述的双向先张法预应力混凝土轨道板，其特征在于：所述沿长度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线对称设置或其中一层设置在轨道板板体高度方向中心线上，所述沿宽度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线对称设置或其中一层设置在轨道板板体高度方向中心线上。
3、根据权利要求1或2所述的双向先张法预应力混凝土轨道板，其特征在于：在轨道板板体内沿长度方向和宽度方向分别设置有两层钢丝，所述沿长度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线对称设置，所述沿宽度方向设置的钢丝层关于轨道板板体高度方向中心线对称设置。
4、根据权利要求1或2或3所述的双向先张法预应力混凝土轨道板，其特征在于：所述每层钢丝层的钢丝均匀分散分布，所述钢丝层呈平面，且彼此平行于轨道板上表面布置。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的双向先张法预应力混凝土轨道板，其特征在于：所述钢丝是螺旋肋钢丝。
6、制造权利要求1所述双向先张法预应力混凝土轨道板所采用的流水机组法生产工艺，其特征在于：在车间内布置环形辊道，沿环形辊道设置若干工作台，把轨道板钢模型设置在环形辊道上，轨道板生产沿环形辊道流水作业，其生产步骤如下，(1)、轨道板钢模型进入喷涂工作台位，对其内表面喷涂脱模剂；然后，轨道板钢模型进入布置预应力钢丝工作台位；(2)、按顺序，布下层纵向预应力钢丝，布下层横向预应力钢丝，安装起吊螺栓，布上层横向预应力钢丝，布上层纵向预应力钢丝；然后，轨道板钢模型进入预应力钢丝张拉工作台位；(3)、对预应力钢丝进行张拉；然后，轨道板钢模型进入混凝土敷料工作台位；(4)、把调配好的混凝土置入轨道板钢模型；然后，轨道板钢模型进入振动工作台位；(5)、将轨道板钢模型移到振动工作台上面对混凝土进行振动；然后，轨道板钢模型进入养护池；(6)、将轨道板钢模型吊到养护池里养护；然后，轨道板钢模型进入放张工作台位；(7)、对预应力钢丝进行放张；最后，轨道板脱模，将轨道板吊入成品区，轨道板钢模型进入下一循环工艺。
7、根据权利要求6所述的制造双向先张法预应力混凝土轨道板所采用的流水机组法生产工艺，其特征在于：轨道板钢模型的固定端梁和张拉端梁采用了双向预应力钢结构，轨道板钢模型采用了装配式活动侧板，其生产步骤如下，
(1)、先整理、清理轨道板钢模型，并使轨道板钢模型进入喷涂工作台位，在轨道板钢模型底部和活动侧板接缝处涂上脱模剂；然后，轨道板钢模型进入布置预应力钢丝工作台位；(2)、按顺序，布下层纵向预应力钢丝，布下层横向预应力钢丝，安装活动侧板和起吊螺栓，布上层横向预应力钢丝，布上层纵向预应力钢丝，其中，上、下层纵向预应力钢丝关于轨道板高度方向中心线对称设置，上、下层横向预应力钢丝关于轨道板高度方向中心线对称设置；预应力钢丝安装完毕并检验合格后，再进行附件安装；然后，轨道板钢模型进入预应力钢丝张拉工作台位；(3)、对预应力钢丝进行张拉，张拉顺序为：先横向后纵向；横、纵向张拉都为：先两侧后中间；对张拉力进行检测，完毕，合格；然后，轨道板钢模型进入混凝土敷料工作台位；(4)、拌和物混合并进行性能检测，完毕，合格；把调配好的混凝土置入轨道板钢模型；然后，轨道板钢模型进入振动工作台位；(5)、将轨道板钢模型移到振动工作台上面，其中心线与振动工作台的中心线大体对齐；振动采用一次成型，振动的最终时间视混凝土的状态而定；然后，轨道板钢模型进入养护池；(6)、将轨道板钢模型吊到养护池里，其中心线与养护平台的中心线一致；然后，轨道板钢模型进入放张工作台位；(7)、对混凝土强度进行检测，完毕，合格；对预应力钢丝进行放张，放张采用对称放张，在上层单根钢丝两边同时用气枪进行烧烤，每根钢丝烧断前的烧烤时间不低于15秒，下层运用电割方式放张，下层钢丝放张随着上层钢丝放张同时进行；最后，轨道板脱模、清理，将轨道板吊入成品区，轨道板钢模型进入下一循环工艺。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Open date: 20061122 |