CRTS Ⅲ型先張法預(yù)應(yīng)力軌道板流水機(jī)組法生產(chǎn)工藝 預(yù)應(yīng)力筋張拉力鎖緊方式研究

王 夢(mèng),王繼軍，趙 勇，施 成，寧 娜

(中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081)

雙向先張預(yù)應(yīng)力軌道板是我國自主研發(fā)的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道中軌道板的主要形式。為積極穩(wěn)妥地推進(jìn)雙向先張軌道板的規(guī)?；こ虘?yīng)用，我國前期采用了模板不受力的臺(tái)座法生產(chǎn)工藝，以保證軌道板承軌部位的制造精度，并廣泛應(yīng)用于京沈、鄭徐、商合杭、昌贛等多條高速鐵路，有效保證了軌道板的制造質(zhì)量[1-7]。為進(jìn)一步降低建場(chǎng)成本，提高軌道板生產(chǎn)的機(jī)械化程度，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工裝設(shè)備的可重復(fù)利用，我國近期研發(fā)了流水機(jī)組法生產(chǎn)工藝[8]。

施加預(yù)應(yīng)力是雙向先張預(yù)應(yīng)力軌道板制造的關(guān)鍵工序，文獻(xiàn)[9]對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的張拉方式進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了軌道板縱橫向預(yù)應(yīng)力筋宜采用單根同步張拉方式，可實(shí)現(xiàn)流水機(jī)組法制造中預(yù)應(yīng)力筋張拉的高精度和高效率，但張拉力鎖緊過程控制不嚴(yán)格將導(dǎo)致均勻性損失。為保證軌道板預(yù)應(yīng)力筋張拉力的鎖緊效果，本文對(duì)其鎖緊方式進(jìn)行研究。

1 鎖緊方式技術(shù)特點(diǎn)分析

結(jié)合CRTS Ⅲ型先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板流水機(jī)組法生產(chǎn)工藝中模板及預(yù)應(yīng)力筋張拉方式等的技術(shù)特點(diǎn)，初步提出了插入楔塊頂緊、皮帶摩擦旋緊和螺母機(jī)械擰緊3種預(yù)應(yīng)力筋張拉力鎖緊方式。

1.1 插入楔塊頂緊方式

在軌道板模板張拉端對(duì)應(yīng)預(yù)應(yīng)力筋處設(shè)置具有一定錐度的固定楔塊。預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后，鎖緊螺母和固定楔塊之間形成空隙，插入與固定楔塊具有相同錐度、方向相反的滑動(dòng)楔塊并頂緊，實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋張拉力鎖緊，見圖1。

圖1 插入楔塊頂緊方式

該方式主要優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；②故障率低，運(yùn)行可靠；③固定楔塊、滑動(dòng)楔塊、張拉桿等可快速更換，維護(hù)簡(jiǎn)便。

主要缺點(diǎn)：①鋼筋骨架入模時(shí)需人工安裝滑動(dòng)楔塊，自動(dòng)化程度低；②滑動(dòng)楔塊插入深度易受作用力、界面清潔程度、部件銹蝕程度等影響；③需設(shè)置人工復(fù)檢，以確認(rèn)鎖緊效果。

1.2 皮帶摩擦旋緊方式

軌道板預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后，張拉端鎖緊螺母和模板之間形成空隙，由控制器驅(qū)動(dòng)皮帶旋轉(zhuǎn)，通過皮帶與鎖緊螺母之間的摩擦帶動(dòng)螺母向模板旋進(jìn)，實(shí)現(xiàn)張拉力鎖緊，見圖2。

圖2 皮帶摩擦旋緊方式

該方式主要優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低；②鎖緊裝置由獨(dú)立電機(jī)、皮帶等組成，拆裝便捷，易于維修。

主要缺點(diǎn)：①皮帶為易損部件，規(guī)模化生產(chǎn)過程中需頻繁更換，如張拉過程中斷裂則需返工再次張拉；②皮帶與鎖緊螺母之間的摩擦力易受皮帶表面狀態(tài)、鎖緊螺母表面清潔度等的影響，需人工復(fù)檢鎖緊效果。

1.3 螺母機(jī)械擰緊方式

軌道板預(yù)應(yīng)力筋張拉設(shè)備中，對(duì)應(yīng)每根預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置一個(gè)液壓扭矩馬達(dá)，預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后，通過液壓馬達(dá)旋擰鎖緊螺母的方式消除螺母和模板之間的空隙，實(shí)現(xiàn)張拉力鎖緊，見圖3。

圖3 螺母機(jī)械擰緊方式

該方式主要優(yōu)點(diǎn)：①采用液壓扭矩馬達(dá)擰緊螺母，力值可控，易于保證鎖緊效果和均勻性；②性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，不需人工干預(yù)。

主要缺點(diǎn)：①對(duì)應(yīng)每根預(yù)應(yīng)力筋均需設(shè)置張拉機(jī)構(gòu)和鎖緊馬達(dá)，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜；②油路和控制機(jī)構(gòu)較多，造價(jià)相對(duì)較高；③受限于軌道板縱向上下層預(yù)應(yīng)力筋間距，維修難度略大。

1.4 3種鎖緊方式的對(duì)比分析

由3種鎖緊方式技術(shù)特點(diǎn)分析可知：插入楔塊頂緊和皮帶摩擦旋緊2種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)較低，但鎖緊效果易受部件狀態(tài)的影響；螺母機(jī)械擰緊方式鎖緊效果易于保證，但設(shè)備較為復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)較高。

為在保證鎖緊效果的前提下降低設(shè)備投入，有必要進(jìn)行不同鎖緊效果方式的對(duì)比試驗(yàn)，以確定綜合性能最優(yōu)的鎖緊方式。

2 不同鎖緊方式對(duì)比試驗(yàn)

為驗(yàn)證3種鎖緊方式的效果，在預(yù)應(yīng)力筋鎖緊完成后，進(jìn)行有效張拉力測(cè)試，單根預(yù)應(yīng)力筋張拉力控制值為80 kN。

2.1 插入楔塊頂緊方式

預(yù)應(yīng)力筋采用單根張拉、插入楔塊方式鎖緊后，200個(gè)實(shí)測(cè)有效張拉力統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1、圖4。

表1 插入楔塊頂緊方式有效張拉力統(tǒng)計(jì) kN

圖4 插入楔塊頂緊方式有效張拉力統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由表1、圖4可知：①有效張拉力主要分布在78～82 kN，占測(cè)點(diǎn)總數(shù)的87.1%；均值為79.97 kN，與張拉力控制值偏差0.04%。②有效張拉力最大值為84.90 kN，最小值為76.20 kN，與張拉力控制值偏差分別為6.1%，-4.8%；有效張拉力均方差為1.67 kN，具有一定離散性。

2.2 皮帶摩擦旋緊方式

預(yù)應(yīng)力筋采用單根張拉、皮帶摩擦方式鎖緊后，200個(gè)實(shí)測(cè)有效張拉力統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2、圖5。

表2 皮帶摩擦旋緊方式有效張拉力統(tǒng)計(jì) kN

圖5 皮帶摩擦旋緊方式有效張拉力統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由表2、圖5可知：①有效張拉力主要分布在77～82 kN，占測(cè)點(diǎn)總數(shù)的93.4%；均值為79.31 kN，與張拉力控制值偏差0.87%。②有效張拉力最大值為83.30 kN，最小值為74.80 kN，與張拉力控制值偏差分別為4.1%，-6.5%；有效張拉力均方差為1.65 kN，數(shù)據(jù)離散性較大。

2.3 螺母機(jī)械擰緊方式

預(yù)應(yīng)力筋采用單根張拉、螺母機(jī)械擰緊方式鎖緊后，200個(gè)實(shí)測(cè)有效張拉力統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3、圖6。

表3 螺母機(jī)械擰緊方式有效張拉力統(tǒng)計(jì) kN

圖6 螺母機(jī)械擰緊方式有效張拉力統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由表3、圖6可知：①有效張拉力主要分布在79～81 kN之間，占測(cè)點(diǎn)總數(shù)的94.4%；均值為80.05 kN，與張拉力控制值偏差0.06%。②有效張拉力最大值為82.50 kN，最小值為77.50 kN，與張拉力控制值偏差分別為3.1%，-3.1%；有效張拉力均方差為0.82 kN，數(shù)據(jù)離散性較小。

2.4 對(duì)比分析

對(duì)比軌道板預(yù)應(yīng)力筋張拉力3種鎖緊方式的測(cè)試結(jié)果，可知：

1)插入楔塊頂緊方式為了保證固定楔塊和滑動(dòng)楔塊接觸面密貼，必須保證足夠的壓緊力，實(shí)測(cè)張拉力大于張拉力控制值的比例相對(duì)較大，實(shí)測(cè)最大正偏差為6.1%；皮帶摩擦旋緊方式易受油污、皮帶表面粗糙度、鎖緊螺母與模板間夾渣等因素影響，導(dǎo)致鎖緊力不足，實(shí)測(cè)張拉力小于張拉力控制值的比例相對(duì)較大，實(shí)測(cè)最大負(fù)偏差為-6.5%；螺母機(jī)械擰緊方式鎖緊力由扭矩控制，鎖緊力穩(wěn)定可控，并通過機(jī)械咬合直接作用于鎖緊螺母，實(shí)測(cè)最大正負(fù)偏差分別為3.1%，-3.1%，偏差相對(duì)較小。

2)插入楔塊頂緊、皮帶摩擦旋緊和螺母機(jī)械擰緊3種方式預(yù)應(yīng)力筋有效張拉力平均值分別為79.97，79.31，80.05 kN，說明3種方式均可保證軌道板的總張拉力；其對(duì)應(yīng)均方差分別為1.67，1.65，0.82 kN，螺母機(jī)械擰緊方式有效張拉力均方差明顯小于插入楔塊頂緊和皮帶摩擦旋緊方式，張拉力值離散性小，更有利于預(yù)應(yīng)力筋張拉力的均勻性，減小由于預(yù)應(yīng)力偏心產(chǎn)生翹曲變形的可能性。

3 結(jié)論

通過對(duì)CRTSⅢ型先張法預(yù)應(yīng)力軌道板流水機(jī)組生產(chǎn)工藝預(yù)應(yīng)力筋張拉力不同鎖緊方式的技術(shù)特點(diǎn)分析及對(duì)比試驗(yàn)，可得到如下結(jié)論：

1)插入楔塊頂緊和皮帶摩擦旋緊2種方式鎖緊效果易受表面清潔程度、部件銹蝕等因素影響，預(yù)應(yīng)力筋有效張拉力離散性較大。

2)螺母機(jī)械擰緊方式鎖緊力穩(wěn)定可控，預(yù)應(yīng)力筋有效張拉力離散性小，更有利于預(yù)應(yīng)力筋張拉力的均勻性。因此，預(yù)應(yīng)力筋張拉力宜采用螺母機(jī)械擰緊方式進(jìn)行鎖緊。

目前，TJ/GW 156—2017《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板暫行技術(shù)要求(流水機(jī)組法)》僅對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的張拉方式進(jìn)行了規(guī)定，并未對(duì)張拉力的鎖緊方式提出明確要求，本文研究成果可為CRTSⅢ型先張法預(yù)應(yīng)力軌道板技術(shù)進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善提供支撐。