重载预应力混凝土轨枕放张破坏及对策研究.pdf

1 3 6 铁道建筑 Ra i l wa y En g i ne e r i n g 文章编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 1 3 6 0 3 重载预应力混凝土轨枕放张破坏及对策研究 李 忠继 ， 林红松 ， 颜 华 ， 杨 吉忠 ( 中铁二 院工 程集团有限责任公司 ， 四川 成都6 1 0 0 3 1 ) 摘 要 ： 采 用传统 的模 具进 行有 挡肩预 应 力混 凝土 轨枕 生 产 时 ， 在 放 张脱 模 过 程 中 出现 挡 肩掉 块 、 轨 枕 开 裂等现象。为了研究这种轨枕放张过程 中轨枕 的破坏机理及其对策， 通过 3 D接 触关系构建 了轨枕一 模 具相 互作 用模 型 ， 分析 了放 张脱 模过 程 中轨枕 受 力及 其 破坏 形 式。 同 时， 提 出 了采 用复合 模具 来 降低 放 张脱 模过 程 中承轨 槽 的应 力 ， 以减 少轨 枕破 坏 。计 算 结果 显 示 ： 采 用钢 模 ， 在放 张预 应 力钢 筋 时会 造 成 轨枕 承轨 槽位 置 的 第一主应 力超 过 了混凝 土 的抗拉 极 限 ， 在 实际生 产 中在 承轨 槽 位 置 可 能会 出现 开 裂 。采用 复合模 具 ， 原危 险位 置 的第一 主应 力 降低 至混凝 土抗拉 强度 以下 ， 可保证 轨枕 的 正常脱 模 。 关 键词 ： 重 载铁路预应 力轨 枕放 张破 坏 复合模 具 中 图分 类号 ： U 2 1 3 3 4 文献 标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 6 0 2 3 2 重 载铁 路有 挡肩 预应 力混凝 土 轨枕 因抗 裂性要 求 高 ， 而需 要 提供 更大 的预 应力 ， 却给 轨枕 放张 脱模 造成 了困难 。预 应力 混凝 土轨 枕加 工过 程可 以分 为三 个 阶 段 ； 第一阶段为张拉钢筋 ， 使其产生预应力 、 并安装箍 筋螺旋筋及橡胶隔板 ； 第二阶段为混凝土浇筑和养护 ， 此 阶段 中随着混 凝 土 的硬 化 ， 钢筋 与混 凝 土 固结 为一 体 ； 第 三 阶段 为放 张 和脱模 ， 在 放张 过程 中钢 筋 的预应 力将引起混凝土轨枕 的变形 ， 从而使混凝土轨枕 与钢 模 之 间在沿 着预 应力 钢 筋 方 向 出现位 移 ， 引起 承轨 槽 和钢模 之 间 的作 用力 增大 ， 这 对轨 枕挡 肩极 为不 利 ， 在 实际中经常引起挡肩 裂缝 或掉块 。 。此前 ， 业 内多 在 混凝 土 轨枕 的堆放 受力 、 截 面抗 力 、 设 计计 算 和疲劳 耐久性等方面开展研究 。 ， 但对混凝 土脱模 力学性 能 的理 论分 析 尚鲜有 报道 。 为 此本 文对 预应 力钢 筋放 张过 程 引起 的轨枕 受力 变 化进 行 受力分 析 。利用 有 限元方 法建 立预 应力 混凝 土轨枕模型。对轨枕施加相应 的边界条 件， 利用降温 法来模拟实现钢筋放张收缩过程 ， 求解混凝土轨枕关 键位置 的受力状况 ， 最后依 据第一强度理论对混凝土 轨枕的强度进行评价和分析。基于理论分析结果提出 了模具改进方案并对方案进行 了力学性能验证。 1 预应力轨枕放 张模 型 1 1 有 限元模 型 所建预应力混凝土轨枕模型沿着轨枕长度方向为 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 9 1 5； 修回 日期： 2 0 1 5 1 1 1 2 作者简 介： 李忠继 ( 1 9 8 3 一) ， 男， 工程师 ， 博士 。 轴 ， 轨枕 宽度 方 向为 z轴 ， 轨 枕 高度方 向为 y轴 。其 中混凝土采用 四面体单元 ， 共6 0 1 1 9个单元。预应力 钢筋采用梁单元 ， 共计 1 7 4 0 个单元。钢筋和混凝土之 间采用嵌入式约束连接 ， 以确保钢筋 在放张过程 中将 力传递给混凝土结构。混凝土和钢筋的材料属性如表 1所列 表 1材 料 属 性 1 2 边界 条 件 预应 力钢 筋放 张 时 ， 混凝 土 轨 枕会 呈 现 沿 方 向 收缩 ， 并 向周边膨胀的趋势 ； 但此时轨枕受到钢模的作 用 ， 使得这种膨胀受到约束。混凝土轨枕的收缩趋势 首先会引起轨枕表面与钢模表面黏结力 的增大 ， 但 当 突破 了黏结力极限后 ， 黏结力又会逐步失效。最终使 得钢 模 和轨枕 之 间主要 表 现为摩 擦 力 。这 就 导致钢 模 和 轨枕 之 间的 方 向作 用 力 向承轨 槽 挡 肩位 置 集 中 ， 即在轨枕挡肩位置施加沿着 方 向位移约束。考虑 到在预应力钢筋放张完毕后 ， 钢模和轨枕间的黏结力 已降至较低水平 ， 在计算 中忽略两者的黏结力 。故 按 照本 方法计 算 出 的承 轨槽 受 力 会 较 实 际 偏 大 ， 评 价 结 果也偏于保守 。 1 3预 应力 放张模 拟 方法 采用等效降温法来模拟预应力钢筋放张收缩。降