无砟轨道轨道板设计课件

CRTSI型板式无砟轨道

轨道板设计

王继军

铁科院铁建所

2008.12.23汇报内容工作概述设计依据设计原则设计参数结构设计1.工作概述工作成果单元板式无碴轨道的前期总结（遂渝线、赣龙线、秦沈线）单元板式无碴轨道设计计算参数的确定单元板式无碴轨道设计理论和设计模型的建立单元板式无碴轨道在列车荷载、温度荷载和基础沉降影响下的多工况、多参数的结构静力计算分析单元板式轨道结构部件（轨道板、混凝土底座、凸形挡台）的创新设计单元板式轨道结构设计创新点优化预应力轨道板的预应力体系，在满足承载强度的前提下，降低轨道板制造成本；以客运专线主型梁（32m简支梁）为基准，确定了桥梁、路基和隧道内的标准轨道板的型式尺寸，即：4962mm×2400mm×190mm，扣件节点等间距布置（间距629mm），从设计上保证无砟轨道纵向刚度的均匀性；混凝土底座外形尺寸及配筋优化。路基区段底座宽度由原来的3.2m减为3.0m，桥隧区段采用2.8m，在理论计算分析的基础上，对不同结构物上混凝土底座配筋进行了设计优化，节省工程造价；

凸形挡台结构配筋设计优化，改善其施工性能；配套采用自主研发的低刚度、无挡肩弹性分开式扣件结构，适应不同线路条件下轨道几何状态的高精度调整。1.工作概述单元板式无碴轨道(PF、RF框架板)1.工作概述钢轨

凸形挡台底座混凝土扣件

轨道板

CA砂浆

单元板式无碴轨道(双向预应力轨道板)1.工作概述

《关于客运专线无砟轨道技术再创新工作的指导意见》铁工管函[2006]1006号

《关于印发“国内外无砟轨道系统技术总结与研究分析”和“客运专线无砟轨道结构型式的研究与选择”技术评审意见的通知》科技基[2007]69号

《关于建设武广客运专线武汉综合试验段开展无砟轨道技术再创新的通知》铁科技函[2007]331号

《关于印发“客运专线综合接地技术实施办法”（暂行）的通知》铁集成〔2006〕220号

《客运专线无砟轨道结构型式的研究与选择总报告》《客运专线单元板式无砟轨道结构设计方案研究报告》2.设计依据3.设计原则混凝土轨道板按容许应力法设计。框架型轨道板采用钢筋混凝土结构。结构设计基于《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》。裂缝宽度不应超过0.2mm。预应力混凝土轨道板采用双向后张、部分预应力混凝土结构。结构设计基于《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》，计算截面在设计动轮载作用下，混凝土受拉边缘允许出现不大于0.7fct的拉应力。轨道板混凝土应符合《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》的相关要求。轨道板按配套采用WJ-7型扣件系统设计，扣件支点间距≤650mm。轨道板设计应满足高频谐振式轨道电路的相关要求。轨道板设计应满足客运专线综合接地系统的相关要求。3.设计原则4.设计参数设计动轮载为255kN。双向预应力轨道板的长度、宽度、厚度分别为4962mm、2400mm、190mm；框架型轨道板的长度、宽度、厚度分别为4962mm、2400mm、190mm，其中空部位长度、宽度分别为2800mm和700mm。扣件节点间距为629mm。4.设计参数框架型轨道板混凝土强度等级为C50，其抗压极限强度fc为36.5MPa，抗拉强度fct为3.08MPa；双向预应力轨道板混凝土强度等级为C60，其抗压极限强度fc为43.5MPa，抗拉强度fct为3.48MPa；锚穴封端应采用无收缩混凝土，强度等级为C40；普通钢筋采用II级热轧带肋钢筋；预应力钢筋采用强度不低于1300Mpa的预应力钢棒。5.结构设计有限元计算模型（梁板模型）a)平板b)框架板5.结构设计轨道板在设计荷载作用下的弯矩云图平板纵向弯矩云图框架板纵向弯矩云图5.结构设计轨道板在温度影响下的力学分析轨道板纵向应力云图轨道板横向应力云图5.结构设计轨道板的设计弯矩弯矩（kN.m/m）沿轨道方向MX轨道垂直方向My300kN设计轮重轨道板端部上侧－8.22－19.0下侧17.523.0轨道板中央部上侧－8.22－19.0下侧17.523.0

混凝土轨道板设计弯矩的计算是在梁-板-板模型的基础上，通过大量的参数对比分析，进行了多种工况的静力计算，并综合考虑列车荷载、温度荷载以及路基不均匀沉降变形所带来的影响，而且对制造、运输和施工过程中混凝土轨道板所受的弯矩也进行了详细计算，综合考虑取表中数值作为混凝土轨道板的设计弯矩。5.结构设计结构设计特点框架型轨道板预应力平板采用普通钢筋混凝土结构；配筋按截面中心对称布置；轨道内预埋扣件绝缘套管和起吊螺母。采用部分预应力钢筋混凝土结构；如果轨道板仅配有预应力钢筋，且要求在使用荷载作用下全断面受压（全预应力结构），那么由于施加的预应力过大，有造成轨道板承压面附近局部破坏的危险，并会导致轨道板翘曲增大，因此，本设计采用较低的预应力筋配合较多非预应力钢筋的结构型式，即不允许开裂的部分预应力钢筋混凝土结构，截面边缘混凝土拉应力不超过0.7fct（fct

为混凝土的抗拉强度）。配筋对称于截面中心。轨道板内预埋扣件绝缘套管和起吊螺母。5.结构设计轨道板的预应力体系特点采用高强度无粘结预应力钢棒

1)预应力回缩损失小；

2)张拉工艺简单，省略了低回缩锚具的二次张拉工艺；

3)采用钢棒表面涂刷隔离层的工艺，避免了无粘结钢绞线表面防护困难的问题；

4)锚穴尺寸减小，有利于预应力体系的防护；配套张拉设备重量轻、操作方便、性能可靠；

5)成本较原钢绞线体系明显降低。

5.结构设计设计检算表1预应力轨道板应力检算结果及容许值检算项目检算结果容许值轨道纵向轨道横向截面边缘混凝土最大压应力(Mpa)板下侧5.285.8221.75MPa（0.5fc）截面边缘混凝土最大拉应力(Mpa)板上侧0.581.662.436MPa（0.7fct）钢筋应力幅(MPa)预应力筋6.10－钢棒[Δσ]=200MPa非预应力筋13.3022.03带肋钢筋[Δσ]=150MPa5.结构设计设计检算表2非预应力框架板应力检算结果及容许值检算项目轨道板位置检算结果容许值轨道纵向轨道横向截面配筋率板端0.88％0.98％最小配筋率0.20％（Ⅱ级钢筋、C50混凝土要求）板中0.97％0.79％截面边缘混凝土最大压应力(MPa)板端下侧6.15.418.2MPa（厂制构件可提高10%）板中下侧5.86.4钢筋最大拉应力(MPa)板端下侧116118180MPa板中下侧106140计算裂缝宽度(mm)板端下侧0.140.100.2mm板中下侧0.130.165.结构设计针对谐振式轨道电路轨道板结构配筋设计（1）由于预应力钢棒采用了隔离层，纵、横向预应力筋不交叉。为适应轨道电路的要求，纵向双孔锚垫板在秦沈、赣龙、遂渝线的基础上进行了改进，以保证预应力筋不形成闭合回路。（2）对钢筋交叉点进行套管隔离的方案在轨道板制造过程中工艺烦琐、绝缘质量也难以保证，因此设计中对轨道板中的非预应力钢筋、箍筋、架立筋采用环氧树脂涂层钢筋，其技术要求应符合《环氧树脂涂层钢筋》（JG3042-1997）的相关技术规定。5.结构设计针对综合接地轨道板结构配筋设计

上层的1根横向钢筋采用普通钢筋，其余横向钢筋采用环氧树脂涂层钢筋，纵向钢筋全部采用普通钢筋。接地纵横向钢筋间的连接采用焊接方式；涂层钢筋中的绝缘材料(环氧树脂)的厚度按大于0.18mm小于0.2mm控制。

轨道板的设计优化钢轨支点间距优化轨道板的设计优化轨道板的设计优化轨道板的设计优化轨道板的设计优化轨道板的设计优化7.技术创新优化预应力轨道板的预应力体系，在满足承载强度