1、1 1CRTS I型板式无砟轨道型板式无砟轨道轨道板设计轨道板设计王继军王继军铁科院铁建所铁科院铁建所 2008.12.232 2汇报内容汇报内容1.工作概述工作概述2.设计依据设计依据3.设计原则设计原则4.设计参数设计参数5.结构设计结构设计3 31. 工作概述工作概述工作成果工作成果 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
2、下的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）的创新设计创新设计4 4单元板式轨道结构设计创新点单元板式轨道结构设计创新点n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；低轨道板制造成本；n以客运专线主型梁（以客运专线主型梁（32m32m简支梁）为基准，确定了桥梁、路基和隧简支梁）为基准，确定了桥梁、路基和隧道内的标准轨道板的型式
3、尺寸，即：道内的标准轨道板的型式尺寸，即：4962mm4962mm2400mm2400mm190mm190mm，扣，扣件节点等间距布置（间距件节点等间距布置（间距629mm629mm），从设计上保证无砟轨道纵向刚），从设计上保证无砟轨道纵向刚度的均匀性；度的均匀性；n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3.2m3.2m减为减为3.0m3.0m，桥隧区段采用，桥隧区段采用2.8m2.8m，在理论计算分析的基础上，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；对不同结构物上混凝土底座配筋进行
4、了设计优化，节省工程造价； n凸形挡台结构配筋设计优化，改善其施工性能；凸形挡台结构配筋设计优化，改善其施工性能；n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。不同线路条件下轨道几何状态的高精度调整。1. 工作概述工作概述5 5 单元板式无碴轨道(PF、RF框架板) 1. 工作概述工作概述钢轨 凸形挡台底座混凝土扣件 轨道板 CA砂浆 6 6 单元板式无碴轨道(双向预应力轨道板) 1. 工作概述工作概述7 7u 关于客运专线无砟轨道技术再创新工作的指导意见关于客运专线无砟轨道技术再创新工
5、作的指导意见铁铁 工管函工管函2006100620061006号号u 关于印发关于印发“国内外无砟轨道系统技术总结与研究分析国内外无砟轨道系统技术总结与研究分析”和和 “ “客运专线无砟轨道结构型式的研究与选择客运专线无砟轨道结构型式的研究与选择”技术评审意技术评审意 见的通知见的通知科技基科技基200769200769号号u 关于建设武广客运专线武汉综合试验段开展无砟轨道技关于建设武广客运专线武汉综合试验段开展无砟轨道技 术再创新的通知术再创新的通知铁科技函铁科技函20073312007331号号u 关于印发关于印发“客运专线综合接地技术实施办法客运专线综合接地技术实施办法”（暂行）的（暂行
6、）的 通知通知铁集成铁集成20062006220220号号u 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无砟轨道结构型式的研究与选择总报告u 客运专线单元板式无砟轨道结构设计方案研究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. 设计依据设计依据8 83. 设计原则设计原则 混凝土轨道板按容许应力法设计。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。结构设计基于框架型轨道板采用钢筋混凝土结构。结构设计基于铁路铁路桥桥 涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范。裂缝宽。裂缝宽度不应超过度不应超过0.2mm。 预应力混凝土轨道板采
7、用双向后张、部分预应力混凝土结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。结构设计基于构。结构设计基于铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范结构设计规范，计算截面在设计动轮载作用下，混凝土，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受拉边缘允许出现不大于0.7fct的拉应力。的拉应力。9 9 轨道板混凝土应符合轨道板混凝土应符合铁路混凝土结构耐久性设计暂行铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定规定的相关要求。的相关要求。 轨道板按配套采用轨道板按配套采用WJ-7WJ-7型扣件系统设计，扣件支点间距型扣件系统设计，扣件支点间距650mm65
8、0mm。 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。轨道板设计应满足客运专线综合接地系统的相关要求。3. 设计原则设计原则10104. 设计参数设计参数设计动轮载为设计动轮载为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、；框架型轨道板的长度、宽度、厚度分别为宽度、厚度分别为4962mm、2400mm、190mm，其中，其中空部位长度、宽度分别为空部位长度、宽度分别为2800mm和和700m
9、m。扣件节点间距为扣件节点间距为629mm。11114. 设计参数设计参数 框架型轨道板混凝土强度等级为框架型轨道板混凝土强度等级为C50，其抗压极限强，其抗压极限强度度fc为为36.5MPa，抗拉强度，抗拉强度fct为为3.08MPa； 双向预应力轨道板混凝土强度等级为双向预应力轨道板混凝土强度等级为C60，其抗压极，其抗压极限强度限强度fc为为43.5MPa，抗拉强度，抗拉强度fct为为3.48MPa； 锚穴封端应采用无收缩混凝土，强度等级为锚穴封端应采用无收缩混凝土，强度等级为C40； 普通钢筋采用普通钢筋采用II级热轧带肋钢筋；预应力钢筋采用强级热轧带肋钢筋；预应力钢筋采用强度不低于度
10、不低于1300Mpa的预应力钢棒。的预应力钢棒。12125. 结构设计结构设计有限元计算模型（梁板模型）有限元计算模型（梁板模型）a)a)平板平板 b) b) 框架板框架板13135. 结构设计结构设计轨道板在设计荷载作用下的弯矩云图轨道板在设计荷载作用下的弯矩云图平板纵向弯矩云图平板纵向弯矩云图框架板纵向弯矩云图框架板纵向弯矩云图14145. 结构设计结构设计轨道板在温度影响下的力学分析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纵向应力云图轨道板横向应力云图轨道板横向应力云图15155. 结构设计结构设计轨道板的设计弯矩轨道板的设计弯矩弯矩（弯矩（kN.m/mkN.m/m）沿轨道方
11、向沿轨道方向M MX X轨道垂直方向轨道垂直方向MyMy300kN300kN设计轮重设计轮重轨道板端部轨道板端部上侧上侧8.228.2219.019.0下侧下侧17.517.523.023.0轨道板中央部轨道板中央部上侧上侧8.228.2219.019.0下侧下侧17.517.523.023.0 混凝土轨道板设计弯矩的计算是在梁混凝土轨道板设计弯矩的计算是在梁- -板板- -板模型的基板模型的基础上，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算，并综合考虑列车荷载、温度荷载以及路基不均匀
12、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。为混凝土轨道板的设计弯矩。16165. 结构设计结构设计结构设计特点结构设计特点框架型轨道板框架型轨道板预应力平板预应力平板 采用普通钢筋混凝土结构；采用普通钢筋混凝土结构；配筋按截面中心对称布置；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。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；采用部分预应力钢筋混凝土结构； 如果轨
13、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（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 0.7fct0.
14、7fct（fctfct 为混凝土的抗拉强度）。为混凝土的抗拉强度）。 配筋对称于截面中心。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。轨道板内预埋扣件绝缘套管和起吊螺母。17175. 结构设计结构设计轨道板的预应力体系特点轨道板的预应力体系特点 采用高强度无粘结预应力钢棒采用高强度无粘结预应力钢棒 1) 1) 预应力回缩损失小；预应力回缩损失小； 2) 2) 张拉工艺简单，省略了低回缩锚具的二次张拉工艺；张拉工艺简单，省略了低回缩锚具的二次张拉工艺； 3) 3) 采用钢棒表面涂刷隔离层的工艺，避免了无粘结钢绞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；线表
15、面防护困难的问题； 4) 4) 锚穴尺寸减小，有利于预应力体系的防护；配套张拉锚穴尺寸减小，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；设备重量轻、操作方便、性能可靠； 5) 5) 成本较原钢绞线体系明显降低成本较原钢绞线体系明显降低。 18185. 结构设计结构设计设计检算设计检算表表1 预应力轨道板应力检算结果及容许值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5.285.8221.75 MPa（0.5fc）截面边缘混凝土最大拉应力(Mpa)板上侧0.581.662.436 MPa（0.7fct）钢筋应力
16、幅(MPa)预应力筋6.10钢棒=200 MPa非预应力筋13.3022.03带肋钢筋=150 MPa19195. 结构设计结构设计设计检算设计检算表表2 非预应力框架板应力检算结果及容许值非预应力框架板应力检算结果及容许值检算项目检算项目轨道板位置轨道板位置检算结果检算结果容许值容许值轨道纵向轨道纵向轨道横向轨道横向截面配筋率截面配筋率板端板端0.880.880.980.98最小配筋率最小配筋率0.200.20（级钢筋、级钢筋、C50C50混凝土混凝土要求）要求）板中板中0.970.970.790.79截面边缘混凝土截面边缘混凝土最大压应力最大压应力(MPa(MPa) )板端下侧板端下侧6.
17、16.15.45.418.2 MPa18.2 MPa（厂制构件可提高（厂制构件可提高10%10%）板中下侧板中下侧5.85.86.46.4钢筋最大拉应力钢筋最大拉应力(MPa(MPa) )板端下侧板端下侧116116118118180 MPa180 MPa板中下侧板中下侧106106140140计算裂缝宽度计算裂缝宽度(mm)(mm)板端下侧板端下侧0.140.140.100.100.2mm0.2mm板中下侧板中下侧0.130.130.160.1620205. 结构设计结构设计针对谐振式轨道电路轨道板结构配筋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
18、力筋不交叉。）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。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）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，其技术要求应符合钢筋、箍筋、架立筋采用环氧树脂涂层钢筋，
19、其技术要求应符合环氧树脂涂层钢筋环氧树脂涂层钢筋（JG3042-1997）的相关技术规定。）的相关技术规定。21215. 结构设计结构设计针对综合接地轨道板结构配筋设计针对综合接地轨道板结构配筋设计 上层的上层的1 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，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。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；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涂层钢筋中的绝缘材料( (环氧树脂环氧树脂) )的厚度按大于的厚度按大于0.18mm0.18mm小于小于0.2mm0.2
20、mm控制。控制。 22222323轨道板的设计优化轨道板的设计优化钢轨支点间距优化钢轨支点间距优化2424轨道板的设计优化轨道板的设计优化2525轨道板的设计优化轨道板的设计优化2626轨道板的设计优化轨道板的设计优化2727轨道板的设计优化轨道板的设计优化2828轨道板的设计优化轨道板的设计优化2929303031313232333334347. 技术创新技术创新 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；的前提下，降低轨道板制造成本； 以客运专线主型梁（以客运专线主型梁（32m简支梁）为基准，确定了简支梁）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，扣桥梁、路基和隧道内的标准轨道板的型式尺寸，扣 件节点等间距布置（件节点等间距布置（629mm），从设计上保证无），从设计上保证无 砟轨道纵向刚度的均匀性；砟轨道纵向刚度的均匀性； 扣件的匹配扣件的匹配 原材料的国产化（高性能混凝土）原材料的国产化（高性能混凝土） 轨道电路绝缘轨道电路绝缘 综合接地综合接地 细节设计细节设计(设计倒角，起吊套管设计倒角，起吊套管)3535谢谢大家谢谢大家 ！
