基于VB的設計校核軟件在重載軌枕生產(chǎn)控制技術上的應用

王朝

（中國鐵路物資工業(yè)集團有限公司，合肥230601)

基于VB的設計校核軟件在重載軌枕生產(chǎn)控制技術上的應用

王朝

（中國鐵路物資工業(yè)集團有限公司，合肥230601)

研究開發(fā)基于VB的軌枕設計校核軟件，實現(xiàn)了軌枕設計及校核的計算機程序化。使用該軟件驗算分析了重載軌枕主要參數(shù)對抗裂彎矩的影響程度，重點對上保護層偏差和厚度偏差提出了控制方向和改進建議，探討了重載軌枕優(yōu)化設計意見。工程技術人員也可以使用該軟件對預應力礦用軌枕、林業(yè)用短枕、礦山用大型重枕等非標預應力軌枕進行設計、驗算和生產(chǎn)控制。

1 引言

我國自20世紀50年代開始研發(fā)、生產(chǎn)、鋪設預應力軌枕以來，經(jīng)過數(shù)十年的積累和發(fā)展，已經(jīng)形成了整套的技術體系，尤其是高速鐵路技術突飛猛進，處世界領先水平，受國際同行矚目。重載和高速在國際上公認為代表著鐵路貨運和客運的技術發(fā)展方向。貨運重載方面，現(xiàn)階段我國仍以25t軸重列車為主，隨著重載列車速度、軸重以及運量的增加，我國的重載鐵路設計研發(fā)以及生產(chǎn)技術亟待快速提高，完善系統(tǒng)化的重載鐵路技術體系建設，攜客運高速鐵路技術一起引領世界鐵路技術的進步。

工業(yè)集團所屬的軌枕公司作為鐵科院的重載鐵路軌枕試制基地，自2012年就參與了重枕的研制，隨著設計圖紙定型以及技術標準的頒布實施，生產(chǎn)工藝設計和質(zhì)量控制技術作為完善整個技術體系建設的重要一環(huán)日益得到重視。近期國內(nèi)最大規(guī)模運煤專線—蒙西到華中煤運重載鐵路開工建設，對30t軸重的重枕產(chǎn)生批量需求，工期要求日益緊迫，為此，研究開發(fā)了一款基于VB的軌枕設計校核軟件，從設計角度驗算分析各參數(shù)對質(zhì)量指標的影響程度，抓住重點，有效地提高重載軌枕的質(zhì)量等級。

2 基于VB的軌枕設計校核軟件

筆者運用長期從事軌枕生產(chǎn)、制造、質(zhì)控、檢驗所積累的知識和經(jīng)驗，又研究學習了軌枕結構設計、工務鋪設等理論和實踐知識，結合《預應力混凝土軌枕設計方法》《混凝土枕》技術條件和各型軌枕設計圖紙，使用VB語言開發(fā)了這款軌枕設計校核軟件。

以前，在軌枕結構設計過程中，需要對荷載彎矩、設計彎矩、靜載抗裂彎矩、疲勞荷載彎矩等進行大量的計算，還需繪制軌枕兩個截面在不同荷載下的應力圖，使得設計校核工作量大，數(shù)據(jù)繁瑣，精確度低，設計效率低。現(xiàn)在應用VB語言編制軌枕設計校核軟件,實現(xiàn)了軌枕設計及校核的計算機程序化,對重枕生產(chǎn)質(zhì)量控制也有著重要的實際作用。

2.1 軟件特點

Visual basic是面向?qū)ο缶幊痰?，實現(xiàn)所見即所得。主要采用事件驅(qū)動方式，所設計的界面更加友好。在實際生產(chǎn)中，可以通過軟件快速計算諸如絲位、厚度、預應力損失等參數(shù)對軌枕重要指標的影響程度，從而采取針對性的措施，提高控制水平，提升重枕質(zhì)量等級。

2.2 軌枕荷載彎矩計算及彎矩圖繪制

在設計軸重的作用下，軌枕各截面承受的荷載彎矩，根據(jù)不同的鋪設要求，分為枕中不支撐、枕中部分支撐、枕中完全支撐3種情況，軟件計算時，軌下正彎矩取枕中不支撐時的彎矩，枕中負彎矩則按鋪設要求取值，如II型枕按枕中部分支撐設計，III型枕和重枕按枕中完全支撐設計。

圖1 程序運行界面示意圖（1）

圖2 程序運行界面示意圖（2）

2.2.1 程序運行界面設計

在VB6.0中，利用“ChartSpace”、“Spreadsheet”、“CommandButton”等部件設計的程序運行界面如圖1所示。

2.2.2 部分程序代碼

2.3 靜載彎矩、設計抗裂彎矩、疲勞彎矩的計算

軌枕截面以梯形截面為例，利用“ChartSpace”、“Spreadsheet”、 “CommandButton”、“OptionButton”、“PictureBox”等部件設計的程序運行界面如圖2所示。

程序界面主要分為5個部分：

圖3 Ⅳa型重枕結構和截面簡圖

圖4 Ⅳa型重枕軌下截面驗算數(shù)據(jù)

圖5 Ⅳa型重枕枕中截面驗算數(shù)據(jù)

1）混凝土參數(shù)。包括設計強度等級和脫模時強度等級等。

2）預應力鋼絲參數(shù)。包括鋼絲抗拉強度、總張拉力、張拉力損失、鋼絲直徑、鋼絲位置尺寸參數(shù)等。

3）截面尺寸。截面上寬、下寬、高度等尺寸。

4）參數(shù)輸出。輸出換算截面的面積、慣性距、形心、偏心距、計算邊緣的應力、靜載抗裂彎矩、疲勞彎矩等參數(shù)。

5）不同載荷下的應力圖。

2.4 驗證

以IIIa型軌枕（圖號專線3393，10-φ7.0配筋）為例進行復核驗證，軟件驗算數(shù)據(jù)和TB/T 2190-2013《混凝土枕》指標要求相符，見圖2。

3 利用軟件對Ⅳa型重枕的設計校核

3.1 Ⅳa型重枕基本參數(shù)和結構簡圖

重枕基本參數(shù)見表1，結構簡圖見圖3、圖4、圖5。

表1 Ⅳa型重枕基本參數(shù)表

3.2 驗算Ⅳa型重枕的設計參數(shù)

按《預應力混凝土軌枕設計方法》，30 t 軸重重載軌枕的設計垂直動壓力為185 kN，在設計中考慮橫向荷載的影響，確定軌下截面正彎矩設計值為22.21 kN·m，中間截面負彎矩設計值為－21.25kN·m。經(jīng)過軟件驗算，Ⅳa型重枕軌下截面承載彎矩為29.89 kN·m，枕中截面承載彎矩為-25.81 kN·m，設計的富余量較大。

4 利用軟件分析參數(shù)偏差對抗裂彎矩的影響

抗裂彎矩（實際生產(chǎn)中使用靜載抗裂值）檢驗是否合格是軌枕合格出廠最為重要的指標，是關鍵的否決項。在重載軌枕的技術要求中，對諸如混凝土強度、鋼筋絲位（上保護層）、截面高度、長度、頂面寬等參數(shù)給出了公差要求，又分重要程度劃分出了A、B、C等項目，各項目又按不同的單項合格率進行控制。例如，鋼筋的絲位控制公差為±3mm，屬B類項，項點合格率控制為90%。在實際生產(chǎn)中常遇到諸如：控制正偏差有利于抗裂彎矩，還是負偏差有利；該參數(shù)的影響程度如何？有無必要將項點合格率提高到95%以上等問題。通過軟件進行分析后就很容易找到答案。

4.1 厚度偏差對靜載抗裂值的影響

Ⅳa型枕厚度偏差為+5mm，-3mm。通過軟件計算得出Ⅳa型枕枕中在標準厚度尺寸（零偏差）時的靜載抗裂值為187.22 kN，在+5尺寸偏差時的靜載抗裂值為200.52 kN，在-3尺寸偏差時的靜載抗裂值為179.28kN。

Ⅳa型枕軌下在標準厚度尺寸（零偏差）時的靜載抗裂值為227.19 kN，在+5尺寸偏差時的靜載抗裂值為225.5 kN，在-3尺寸偏差時的靜載抗裂值為228.27kN。

枕中極差為21.24 kN,相比標準值最大偏離7%；軌下極差為2.77 kN，相比標準值最大偏離0.7%。由計算結果可得出，厚度偏差對軌枕枕中截面的彎矩影響較大，正偏差有利于枕中截面靜載抗裂值。

4.2 上保護層偏差對靜載抗裂值的影響

Ⅳa型枕上保護層偏差為±3mm。通過軟件計算得出Ⅳa型枕枕中在上保護層標準尺寸（零偏差）時的靜載抗裂值為187.22 kN，在+3尺寸偏差時的靜載抗裂值為177.97 kN，在-3尺寸偏差時的靜載抗裂值為196.5kN。

Ⅳa型枕軌下在上保護層標準尺寸（零偏差）時的靜載抗裂值為227.19 kN，在+3尺寸偏差時的靜載抗裂值為237.11 kN，在-3尺寸偏差時的靜載抗裂值為217.31kN。

枕中極差為18.53 kN,相比標準值最大偏離4.9%；軌下極差為19.8 kN，相比標準值最大偏離4.4%。由計算結果可得出，上保護層偏差對軌枕枕中和軌下截面的彎矩都存在著較大的影響。

4.3 總張拉力偏差對靜載抗裂值的影響

Ⅳa型枕枕中截面在±5kN的張拉極限偏差時，靜載抗裂值分別為188.53 kN和185.9 kN，極差為2.63kN，對靜載值影響較小。

Ⅳa型枕軌下截面在±5kN的張拉極限偏差時，靜載抗裂值分別為228.5 kN和225.88kN，極差為2.62 kN，對靜載值影響較小。

同樣道理，可以使用該軟件快速計算其他如混凝土強度、鋼筋直徑、截面尺寸等參數(shù)變化對靜載抗裂值的影響，并對敏感程度進行分析。

5 結論

本文應用VB語言編制軌枕設計校核軟件,實現(xiàn)了軌枕設計及校核的計算機程序化, 通過快速計算Ⅳa型枕軌下和枕中截面的厚度、上保護層、總張拉力等參數(shù)變化，研究了這些參數(shù)的偏差對重枕關鍵指標的影響，主要結論如下：

1) 通過IIIa型軌枕進行的復核驗證，證明按照《預應力混凝土軌枕設計方法》所編制的軌枕校核軟件原理正確，計算數(shù)據(jù)具有一定的實際參考價值。

2) 由計算結果可得出，Ⅳa型重枕的上保護層偏差對枕中和軌下截面的彎矩都存在著較大的影響。在日常的生產(chǎn)工藝控制中，需針對鋼筋絲位特殊控制，宜將控制偏差由±3mm加嚴到±1.5mm。

3)重枕的厚度偏差對枕中截面的負彎矩影響較大，比較敏感。在日常的生產(chǎn)工藝控制中，需針對枕中厚度指標進行微正向偏差調(diào)整。

4)該軟件除對標準設計軌枕的生產(chǎn)控制技術有重要指導作用外，工程技術人員也可以使用該軟件對預應力礦用軌枕、林業(yè)用短枕、礦山用大型重枕等非標準預應力軌枕進行設計和驗算。

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[5] 中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所．TY-083 預應力混凝土軌枕設計方法［R］北京: 中國鐵道科學研究院,1994.

The research and developm ent based on VB sleeper checking so ftw are design, realized the sleeper design and checking of computer programm ing. Use the software calculation analysis of the main parameters against overloading sleeper to crack the influence degree of bending mom ent, deviation and focus on the protection layer thickness deviation contro l direction and improvement Suggestions are put forw ard, and discusses the overloading sleeper optim ization design. Engineers can also use the software of prestressed sleeper, forestry for m ine use short w ith large heavy pillow pillow, m ines and other non-standard design, and checking calculation of prestressed sleeper and production control.

重載軌枕；校核軟件；生產(chǎn)控制技術

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王朝（1971年-），男，高級工程師，從事產(chǎn)品開發(fā)工作，電子郵箱：993156161@ qq.com