整体道床无砟轨道现浇道床板新老混凝土黏结面应力分析.pdf

2 0 1 0年第 6期 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i ng 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 6 O 1 1 1 0 4 整体 道床 无砟轨道现浇道床 板新老混凝土 黏 结 面应 力分 析 王会 永 ， 闫红 亮 ( 铁道第 三勘察设计院 ， 天津3 0 0 1 4 2 ) 摘 要 ： 对整体 道床 无砟轨 道现 浇道 床板 新老 混凝 土黏 结 面的应 力状 态进 行 了热一 结构耦 合分析 ， 分析 结 果表明， 轨枕结构尺寸对现浇道床板新老混凝土结合面的黏结应力有较 大影响， 为优化现浇整体道床无 砟轨 道 结构提 供 了参考 。 关键 词 ： 整体 道床 无砟 轨道新 老混凝 土 黏 结能 力 中图分 类号 ： U 2 1 3 2 4 4文 献标识 码 ： B 现浇 整体 道床 式无 砟 轨 道 具 有 轨道 稳 定 性 高 、 结 构耐久性 强 、 维修 工作 量 少 和 技 术 相 对 成 熟 的 优 点 。 但 由于 现场浇 注混 凝 土道 床 板 易 出 现裂 缝 ， 在 新 浇 注 道 床板混 凝 土和预 制好 的 已经达 到混凝 土龄期 的轨 枕 混 凝土 黏结 面上 出现裂缝 几率 比较 多 。德 国的整体 道 床 无砟轨 道结 构从 最初 的长轨 枕埋 入式 到双块 式 的改 进 ， 最终 形 成 现在 雷 达 2 0 0 0型 双块 式 无砟 轨 道 ， 每 一 次改进都 减少 了轨 枕 中已达龄 期 的混凝 土和 现浇道 床 板 新混凝 土之 间 的接触 面积 ， 使 新 老 混凝 土之 间 的黏 结 更加 紧密 ， 从 而 增 加轨 道 的可 靠度 和稳 定 性 。 由此 可见 ， 轨 枕 的结 构形 式 对 新老 混 凝 土 黏 结 面应 力 的发 展 有至关 重要 的作 用 ， 研 究其 中 的影 响对 改进 现 有 的 轨道形式 和 开发新 的轨道 结构 有重 要意 义 。 1 计算模型 1 1 热一 结构 耦合 分析模 型 的实现 热应 力 问题是 热和应 力 两个物 理场 之 间的相互 作 用 ， 属 于耦合 场分析 问题 ， 与其 他耦 合场 的分 析方 法类 似 ， 一般 有两 种方 法来实 现 ： 直接法 和 间接法 。 直接 法是 指直 接采用 具有 温度 和位 移 自由度 的耦 合 单元 ， 同 时得到 热分析 和结 构应力 分 析的结 果 ； 间接 法 是指先 进行 热分 析 ， 然 后通 过程 序 将求 得 的单 元 节 点 温度作 为体 载荷 施加 到结 构应力 分析 中 。本文采 用 间接法 ， 以 大型 有 限元 软 件 A N S Y S为 平 台 ， 进 行 编 程 二次开 发建立 耦合 场模 型 ， 这种 方 法 由于 有精 确 的温 度 场作 为条件 ， 求 得 的热 应力 也接 近实 际 ， 比现在 常用 收稿 日期 ： 2 0 1 0 4 ) 2 - 2 5； 修 回日期 ： 2 0 1 0 - 0 4 2 0 作者简介 ： 王会永( 1 9 8 2 一) ， 男 ， 天津人 ， 助理工程师 ， 工程硕士 。 的单纯 对结 构进行 升温 和降温 计算要 更精 确 。 热 一结 构耦合 分析 实 现 流程 为 ： 模 型 建立 一 定 义 热 单元一 温度 场分 析一单 元转 换一温 度应 力分析 。 1 2模 型加 载及边 界条 件 1 ) 加载 确 定 。混 凝 土 的早 期 裂 缝 大 多 是 在 混 凝 土 浇注 过程 中产生 的水 化 热 造 成 的 ， 时 间一 般 为从 浇 注 到混 凝土达 到标 准强度 2 8 d之 内， 新老 混凝 土 的结 合 面抗 拉强度 较低 ， 很 容 易在 混 凝 土浇 注 过 程 中 在早 期 热应 力作用 下发 生开裂 。本 文分析 了道 床板从 浇注 开 始至 2 8 d内新 老混凝 土黏 结面 的温 度应 力 变化 ， 以 第 2 8 d黏结 面 的应 力状态 作为 判断依 据 。混凝土 早期 热 分析 中单元 生热 率作 为体 力 加载 ， 其 随时 间 的 变化 曲线见 图 1 。 舍 吕 丹 棼 图 1 混凝土浇注水化热释放速率 2 )初始 边界 条件 。预制 轨 枕及 HG T层 的初 始温 度 为 1 6 5 ， 道 床 板 混 凝 土 开 始 浇 注 初 始 温 度 是 4 0 ， 空 气温 度为2 0 ， 水硬性 支 承层 H G T层 底 部与 路基 之 间绝热 ， 裸露在 外 面的混凝 土与 空气 产生 对硫 ， 1 1 2 铁道建筑 J u n e ， 2 0 1 0 对流 系数 为 6 0 k J ( m o C h ) 。 2 计算参数 本文考虑 到轨枕 、 支 承层 、 道 床板混凝 土配合 比相 差不 大 ， 采用 同一个 配合 比对其热力 学参数 进行估算 ， 具体配合比及各组成成分热力学性能见表 1 。道床板 混凝土浇 注后养护 过程 中弹性 模量 随 龄期 变 化 ， 养 护 温度取2 2 c I = ， 弹性模 量 随龄期 变化 曲线 见 图 2 。 表 1 混凝土配合 比及材料热学性能 2 2 捌 辎 被 图 2混凝土早期弹性模量发展 3 计算结果及分析 本文以纵向长枕整体道床无砟轨道为例 ， 研究轨 ：馥 接 时间， d ( a ) G点残余剪应力 词 喧 略 叵 枕在不同长度、 宽度 、 厚度及枕缝宽度对黏结面应力的 影响 。道床板 宽 2 8 m， 厚 2 6 0 mm， 长 度 根据 不 同工 况可变 。 为 了具有可 比性 ， 在 分析 不 同尺 寸 轨枕 对新 老混 凝土黏结面的影响时， 改变某一尺寸， 其余轨枕尺寸均 相同。每一种分析工况下的研究对象相同， 都为混凝 土浇注后第 2 8 d时新老混凝土内侧纵向黏结表面 ， 测 点设 置见 图 3 。 图 3 ( b ) 为 新老 混凝 土 内侧 枕 角位 置 的残余剪应 力点 ， 图 3( e ) 为道 床 板 中 间位置 横 向黏 结表面 ， 其余断面和位置点作为参考分析点在本文不 作介 绍 。 ( a )道床板平 面 I 。 。t。 。 。 。 。 。 。 。 。J。 。I 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。J l ( b ) B B断面 图 3 纵 向长枕道床板示意 由图 4可知 ， 轨 枕 长 度 的改 变对 枕 角剪 应力 的发 展影 响不大 ， 这 几 种 轨枕 长 度 工 况 下 ， 大小 约 为 0 2 4 MP a 。B - B黏结面上在枕缝处拉应力突然 降低 ， 在黏 结面处 拉应 力 变 化 平缓 ， 轨 枕 越 长 ， 拉应 力 平 滑 线 越 长 ， 但 当轨枕 长度 1 8 1 12 时 ， 此黏 结面上 的拉 应力 影 响变得不 明显 。轨 枕 长 度 对 c c黏 结 面应 力 影 响不 明显 。 0 1 2 3 4 5 6 7 道床 板长 m ( b )B B黏结面主拉 应力 图 4 轨枕长度对黏结 面应力状态的影响 分析 图 5可知 ， 在改变轨枕 宽度 的情 况下 ， 枕角 G 剪应力随 龄期发展 差 异不 大 ， 应力 值 比较 接近 。降 低 枕宽对 纵 向 B B黏结 面有 较 大 影 响 ， 轨 枕 宽越 窄 ， 纵 向黏结面 的拉应 力越小 ， 近似成线性 递增 ， 增加 的幅度 约为 0 0 8 M P a 。枕宽 对 横 向黏 结 面 C C最 大拉 应 力 也有 明显 影响 ， 轨 枕越宽黏结 面上 的拉应 力就越小 ， 其 原因是轨枕过窄会引起横向黏结面的点约束 ， 造成其 距 板中线距 离 m ( c ) c c黏结面主拉应力 上拉应 力 的增 加 。 由此 可 知 ， 枕宽 对纵 横 向黏 结 面拉 应 力均 有影 响 ， 且 影 响的趋势 相反 ， 需 要对宽度进 行合 理设 置 。 分析 图 6可 知 ， 轨 枕厚 度 的变化 与 残余 剪应 力成 反比， 轨枕厚度增加使得 2 8 d龄期时枕角 G残余剪应 力增大 ， 增加 幅度 约为 0 0 2 MP a 5 0 mm。轨 枕过薄可 能对其纵向黏结面受拉产生不利影响 ， 不过在实际设 芸 4 O 6 2 8 4l 2 2 O O一 苫、 R 卅旧昧 厘鼙 2 0 1 0年第 6期 整体道 床无砟轨 道现浇道 床板新老混凝土黏结面应力分析 1 1 3 时间， d ( a ) G 点残余 剪应力 时间， d ( a ) G点残余剪应力 时间， d ( a ) G点残余剪应 力 0 6 O o 一 枕宽4 5 0 iT l l n 一 一 枕 宽6 0 0 l l r n 4 5 6 道床 板长 m ( b )B B黏结 面主拉应力 图 5轨 枕宽度对黏结面应力状态的影响 道 床板长 m ( b ) B B黏 结面主拉应 力 图 6轨枕厚度对黏结面应力状态的影响 + 枕缝宽 1 0 0 m lT I 十枕缝 宽2 5 0 m r n 0 l 2 3 4 5 6 道床 板长 m 【 b )B B黏 结面主拉 应力 图 7 枕缝对黏 结面应力状态的影 响 计 中为 了满足强度要求 ， 轨枕也不可能很薄 ， 因此厚度 对 纵 向黏结 面的影 响可 忽略不 计 。在满 足 轨枕 强度 条 件 下 ， 减 小枕厚 对黏 结面 受力有 利 ， 从雷 达 双块轨 枕 的 发展 过程 可 以对 此进 一步 验证 。 分析 图 7可 知 ， 枕 缝宽 度设 置在 一定 范 围 内时 ， 对 枕 角 G剪应 力 ， 纵 横 向黏 结 面 内拉 应 力 均 有 影 响 ， 宽 度增 大 ， 会 增大 枕角 剪应 力 和 枕 端 纵 向黏 结 面 内 的拉 应力 ， 但会 降低横 向黏 结 面 内 的拉 应 力 。 因此 在 一 定 扣件 间距 内 ， 枕缝 要有 个合 理 的设置 。 4 结 论 整体道 床在浇 注过 程 中轨枕 的具 体结 构对 新 老混 凝 土 黏结面 内 的应 力状 态影 响是 比较 大 的 ， 在 对 轨 枕 2 5 2 O 1 5 1 0 O 5 一 枕宽4 5 0 m In一 枕宽6 0 0 m m l 4 _ o 7 0 0 7 1 4 距板 中线距 离 m ( c ) C C黏结面主 拉应力 距板 中线距 离 m ( c ) c c黏结面主拉应力 距板中线距 离 m ( C ) c c黏结面主 拉应力 结 构 的设 计 时需要考 虑这 些 因素 。轨枕 尺寸各 个 因素 对 黏结 面 内的应 力状 态影 响 也 不尽 相 同 ， 本 文 计 算结 果对 轨枕 尺寸各 个 因素对 黏结 面 内应 力状 态 的影响做 了一 个定性 总结 ， 见 表 2 。 表 2轨 枕 结构 对 新老 混凝 土黏 结面 应 力 影 响 、 R通瓤州旧昧 厦颦 苫、 R翅辑州旧昧 匠鼙 B d 苫、 遵 州旧睬 足颦 1 l 1 0 O 苫 、 目氧州陋昧 厦蚕 苫、 翅钕嫉嚣 = R遥 州恒昧 蝗 苫 氆 援 3 2 l 0 9 8 7 1 1 1 1 O O O B d 苫、 趔 州恒昧 匠I f筝 苫、 R翅敏援豁 11 4 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g J u n e ， 2 0 1 0 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) O 6 一 O l l 4 0 5 4 2号单开有砟道岔铺设施工技术 苏 兴 ( 中铁八局集团公 司，成都6 1 0 0 3 6 ) 摘要 ： 结合达成铁路 新 建双线段新 桥 线路 所 4 2号单 开道 岔 ( 有砟 ) 施 工 ， 现场 采取 原 位铺 设施 工技 术 ， 介绍 了 4 2号单 开道 岔 ( 有砟 ) 检 验标 准 ， 总 结 了客 运 专 线有砟 4 2号单 开道 岔施 工技 术和 工 艺 ， 供 类似 工程参考 。 关键 词 ： 4 2号单 开道岔 施 工 工艺 中图分类号 ： U 2 1 5 5 7 文献标 识码 ： B 1 工 程概 况 达成 线与遂 渝新 建二 线 交 汇于新 桥 线 路所 ， 在 线 路所的成都端设计 2组 4 2号道岔分别连接达成线与 遂渝线。线路所位于新桥正线 四进二 出， 遂渝双线以 5 0 m 间距并 行 贯通 ， 达 成 改 建左 线 在 遂渝 左 线 左侧 6 5 7 m处 ， 达 成改建 右线在遂 渝右 线右 侧 2 0 0 m处 。 成都 端改建达 成线 的左 线 、 右线 分别从 遂渝线 的左 、 右 两正线外侧， 各以 1 组 4 2号道岔连接并入遂渝线。成 都端改建 达成线 左线 与遂 渝线 左 线 汇合 处 ， 设 安全 线 1 条 ， 以 1 组 1 2号道岔连接 ， 有效 长度 5 0 m。 2 4 2号高速有砟道岔的特点 道岔容许 通过 时 速直 向为 3 5 0 k m h ， 侧 向为 1 6 0 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 1 - 1 5 ； 修 回日期 ： 2 0 1 0 - 0 4 - 2 0 作者简介 ： 苏兴( 1 9 7 0 ) ， 男， 河北安国市人 ， 高级工程师。 k m h ； 道 岔全长 1 5 7 2 m， 前 长 6 0 5 7 3 m， 后 长 9 6 6 2 7 1T I ( 见 图 1 ) 。岔枕 铺 设 长度 ( 1 5 7 2+1 5 5 ) n l ， 线型 采 用5 0 0 0 m圆曲线 十缓 和 曲线 ； 道 岔 的尖 轨 为切 线 型 ， 采用 4 4 2 4 m长的 6 0 D 4 0弹性可弯尖轨， 尖轨尖端为 藏间式； 尖端设 6个牵引点 ， 采用分动钩型外锁闭装 置 ； 转辙器尖轨跟端采用限位器、 间隔铁和不设传力结 构分 三种方 案设计 ； 转辙 器 间 隔设 置带 施 维格 滚 轮 的 滑床板 和防跳 限位装置 ， 基本轨 内侧采 用弹性压 片式 ； 可动心轨辙叉采用钢轨组合型 ， 心轨采用 6 0 D 4 0钢轨 制造， 跟端为双肢弹性可弯式， 翼轨采用轧制的特种断 面翼 轨制造 ； 翼轨 跟端 用 间隔铁 分 别 与长 心 轨与 短心 轨胶接 ， 胶接层厚度不小于 1 mm； 心轨设 3个牵引点 ， 采用 钩型外 锁 闭装 置 ； 长 短 心轨 联 结 螺栓 扭 矩 为 6 0 0 N 1 13 ， 限位器 、 转辙器 跟端用 间隔铁及翼 轨用 间隔铁 联 结螺栓 扭矩为 1 1 0 0 N m， 垫板 用 M 3 0螺 栓扭矩为 3 0 0 3 5 0 N m； 扣件采用分开式 型弹条扣件 ； 绝缘接头 两侧 采用 绝缘轨距 块 ； 道 岔钢 轨 设 置1 ： 4 0 的 轨底坡 或 通过 以上 的计算 和分析 ， 本文得 出以下结 论 ： 1 )轨枕 过短或 过窄 ， 会 引起 纵 向或 横 向黏结 面 内 较大 的拉应力 值 。 2 )枕宽设置对纵横向黏结面内拉应力均有影响， 枕宽增加对纵向黏结面内拉应力产生不利影响， 而对 横 向黏结 面 内的拉 应力 有 利 ， 设 计 时需 要 合理 设 置其 宽度 。 3 )轨 枕厚度 过 小时 对纵 向黏结 面 内拉 应力 产 生 不利影响， 厚度大约在 1 0 0 m m以上时影响不显著 ； 厚 度增加明显对枕角剪应力产生不利影响。 4 )枕缝宽 的设 置对 黏 结 面 内应 力 状 态影 响 也 比 较显著 ， 枕缝宽过小 会显著增 大横 向黏结面 内拉 应力 ， 但 减小枕缝 宽似乎 对枕角剪 应力和枕 端纵 向黏结 面 的 拉应 力有利 。 参 考 文 献 1 王铁梦 工程结构裂缝控制 M 北京 ： 中国建筑工业出版 社 ， 1 9 9 7： l 一 1 0 0 2 袁勇 混凝土结构早 期裂缝控 制 M 北 京 ： 科 学出版社 ， 20 0 4： 1 4 4 3 徐利利 ， 冯毅 武广铁路客运专线雷大桥特大桥纵连底座板 式无砟轨道底座板施工技术 J 铁道建筑 ， 2 O L O ( 1 ) ： 4 5 4 8 4 栾永平 现浇双块式无砟 轨道板裂缝控制机理 和预防措施 J 铁道建 筑， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 2 1 2 2 ( 责任 审编 王红)