無砟軌道軌道板設計課件

CRTSI型板式無砟軌道

軌道板設計

王繼軍

鐵科院鐵建所

2008.12.23匯報內容工作概述設計依據設計原則設計參數結構設計1.工作概述工作成果單元板式無碴軌道的前期總結（遂渝線、贛龍線、秦沈線）單元板式無碴軌道設計計算參數的確定單元板式無碴軌道設計理論和設計模型的建立單元板式無碴軌道在列車荷載、溫度荷載和基礎沉降影響下的多工況、多參數的結構靜力計算分析單元板式軌道結構部件（軌道板、混凝土底座、凸形擋臺）的創(chuàng)新設計單元板式軌道結構設計創(chuàng)新點優(yōu)化預應力軌道板的預應力體系，在滿足承載強度的前提下，降低軌道板制造成本；以客運專線主型梁（32m簡支梁）為基準，確定了橋梁、路基和隧道內的標準軌道板的型式尺寸，即：4962mm×2400mm×190mm，扣件節(jié)點等間距布置（間距629mm），從設計上保證無砟軌道縱向剛度的均勻性；混凝土底座外形尺寸及配筋優(yōu)化。路基區(qū)段底座寬度由原來的3.2m減為3.0m，橋隧區(qū)段采用2.8m，在理論計算分析的基礎上，對不同結構物上混凝土底座配筋進行了設計優(yōu)化，節(jié)省工程造價；

凸形擋臺結構配筋設計優(yōu)化，改善其施工性能；配套采用自主研發(fā)的低剛度、無擋肩彈性分開式扣件結構，適應不同線路條件下軌道幾何狀態(tài)的高精度調整。1.工作概述單元板式無碴軌道(PF、RF框架板)1.工作概述鋼軌

凸形擋臺底座混凝土扣件

軌道板

CA砂漿

單元板式無碴軌道(雙向預應力軌道板)1.工作概述

《關于客運專線無砟軌道技術再創(chuàng)新工作的指導意見》鐵工管函[2006]1006號

《關于印發(fā)“國內外無砟軌道系統(tǒng)技術總結與研究分析”和“客運專線無砟軌道結構型式的研究與選擇”技術評審意見的通知》科技基[2007]69號

《關于建設武廣客運專線武漢綜合試驗段開展無砟軌道技術再創(chuàng)新的通知》鐵科技函[2007]331號

《關于印發(fā)“客運專線綜合接地技術實施辦法”（暫行）的通知》鐵集成〔2006〕220號

《客運專線無砟軌道結構型式的研究與選擇總報告》《客運專線單元板式無砟軌道結構設計方案研究報告》2.設計依據3.設計原則混凝土軌道板按容許應力法設計?？蚣苄蛙壍腊宀捎娩摻罨炷两Y構。結構設計基于《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范》。裂縫寬度不應超過0.2mm。預應力混凝土軌道板采用雙向后張、部分預應力混凝土結構。結構設計基于《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范》，計算截面在設計動輪載作用下，混凝土受拉邊緣允許出現不大于0.7fct的拉應力。軌道板混凝土應符合《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規(guī)定》的相關要求。軌道板按配套采用WJ-7型扣件系統(tǒng)設計，扣件支點間距≤650mm。軌道板設計應滿足高頻諧振式軌道電路的相關要求。軌道板設計應滿足客運專線綜合接地系統(tǒng)的相關要求。3.設計原則4.設計參數設計動輪載為255kN。雙向預應力軌道板的長度、寬度、厚度分別為4962mm、2400mm、190mm；框架型軌道板的長度、寬度、厚度分別為4962mm、2400mm、190mm，其中空部位長度、寬度分別為2800mm和700mm?？奂?jié)點間距為629mm。4.設計參數框架型軌道板混凝土強度等級為C50，其抗壓極限強度fc為36.5MPa，抗拉強度fct為3.08MPa；雙向預應力軌道板混凝土強度等級為C60，其抗壓極限強度fc為43.5MPa，抗拉強度fct為3.48MPa；錨穴封端應采用無收縮混凝土，強度等級為C40；普通鋼筋采用II級熱軋帶肋鋼筋；預應力鋼筋采用強度不低于1300Mpa的預應力鋼棒。5.結構設計有限元計算模型（梁板模型）a)平板b)框架板5.結構設計軌道板在設計荷載作用下的彎矩云圖平板縱向彎矩云圖框架板縱向彎矩云圖5.結構設計軌道板在溫度影響下的力學分析軌道板縱向應力云圖軌道板橫向應力云圖5.結構設計軌道板的設計彎矩彎矩（kN.m/m）沿軌道方向MX軌道垂直方向My300kN設計輪重軌道板端部上側－8.22－19.0下側17.523.0軌道板中央部上側－8.22－19.0下側17.523.0

混凝土軌道板設計彎矩的計算是在梁-板-板模型的基礎上，通過大量的參數對比分析，進行了多種工況的靜力計算，并綜合考慮列車荷載、溫度荷載以及路基不均勻沉降變形所帶來的影響，而且對制造、運輸和施工過程中混凝土軌道板所受的彎矩也進行了詳細計算，綜合考慮取表中數值作為混凝土軌道板的設計彎矩。5.結構設計結構設計特點框架型軌道板預應力平板采用普通鋼筋混凝土結構；配筋按截面中心對稱布置；軌道內預埋扣件絕緣套管和起吊螺母。采用部分預應力鋼筋混凝土結構；如果軌道板僅配有預應力鋼筋，且要求在使用荷載作用下全斷面受壓（全預應力結構），那么由于施加的預應力過大，有造成軌道板承壓面附近局部破壞的危險，并會導致軌道板翹曲增大，因此，本設計采用較低的預應力筋配合較多非預應力鋼筋的結構型式，即不允許開裂的部分預應力鋼筋混凝土結構，截面邊緣混凝土拉應力不超過0.7fct（fct

為混凝土的抗拉強度）。配筋對稱于截面中心。軌道板內預埋扣件絕緣套管和起吊螺母。5.結構設計軌道板的預應力體系特點采用高強度無粘結預應力鋼棒

1)預應力回縮損失小；

2)張拉工藝簡單，省略了低回縮錨具的二次張拉工藝；

3)采用鋼棒表面涂刷隔離層的工藝，避免了無粘結鋼絞線表面防護困難的問題；

4)錨穴尺寸減小，有利于預應力體系的防護；配套張拉設備重量輕、操作方便、性能可靠；

5)成本較原鋼絞線體系明顯降低。

5.結構設計設計檢算表1預應力軌道板應力檢算結果及容許值檢算項目檢算結果容許值軌道縱向軌道橫向截面邊緣混凝土最大壓應力(Mpa)板下側5.285.8221.75MPa（0.5fc）截面邊緣混凝土最大拉應力(Mpa)板上側0.581.662.436MPa（0.7fct）鋼筋應力幅(MPa)預應力筋6.10－鋼棒[Δσ]=200MPa非預應力筋13.3022.03帶肋鋼筋[Δσ]=150MPa5.結構設計設計檢算表2非預應力框架板應力檢算結果及容許值檢算項目軌道板位置檢算結果容許值軌道縱向軌道橫向截面配筋率板端0.88％0.98％最小配筋率0.20％（Ⅱ級鋼筋、C50混凝土要求）板中0.97％0.79％截面邊緣混凝土最大壓應力(MPa)板端下側6.15.418.2MPa（廠制構件可提高10%）板中下側5.86.4鋼筋最大拉應力(MPa)板端下側116118180MPa板中下側106140計算裂縫寬度(mm)板端下側0.140.100.2mm板中下側0.130.165.結構設計針對諧振式軌道電路軌道板結構配筋設計（1）由于預應力鋼棒采用了隔離層，縱、橫向預應力筋不交叉。為適應軌道電路的要求，縱向雙孔錨墊板在秦沈、贛龍、遂渝線的基礎上進行了改進，以保證預應力筋不形成閉合回路。（2）對鋼筋交叉點進行套管隔離的方案在軌道板制造過程中工藝煩瑣、絕緣質量也難以保證，因此設計中對軌道板中的非預應力鋼筋、箍筋、架立筋采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，其技術要求應符合《環(huán)氧樹脂涂層鋼筋》（JG3042-1997）的相關技術規(guī)定。5.結構設計針對綜合接地軌道板結構配筋設計

上層的1根橫向鋼筋采用普通鋼筋，其余橫向鋼筋采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，縱向鋼筋全部采用普通鋼筋。接地縱橫向鋼筋間的連接采用焊接方式；涂層鋼筋中的絕緣材料(環(huán)氧樹脂)的厚度按大于0.18mm小于0.2mm控制。

軌道板的設計優(yōu)化鋼軌支點間距優(yōu)化軌道板的設計優(yōu)化軌道板的設計優(yōu)化軌道板的設計優(yōu)化軌道板的設計優(yōu)化軌道板的設計優(yōu)化7.技術創(chuàng)新優(yōu)化預應力軌道板的預應力體系，在滿足承載強度