50客运专线轨道设计及制造技术交底(XG1)[1]

中国铁道科学研究院二○○九年三月哈大铁路客运专线CRTSI型预应力混凝土轨道板设计图技术交底中国铁道科学研究院21.轨道板设计图1.1适用范围及设计依据1.2轨道板设计1.3预应力张拉体系2.轨道板制造工艺2.1原材料规格及技术要求2.2制造工艺技术要求2.3轨道板的存放及运输3.轨道板的检验中国铁道科学研究院31.1适用范围及设计依据1.1适用范围及设计依据中国铁道科学研究院41.1.1适用范围及设计原则适用范围：本图适用于哈大铁路客运专线路基、隧道及桥梁地段设计行车速度为300～350km/h的标准轨距铁路CRTSI型板式无砟轨道结构设计。设计原则：‹轨道板按容许应力法设计。‹采用弹性地基上的梁-板计算理论。‹设计考虑轨道板的耐久性。‹轨道板配套采用WJ-7B型扣件。‹设计考虑谐振式轨道电路的相关要求。‹设计考虑客运专线综合接地系统的相关要求。中国铁道科学研究院51.1.2.设计依据及相关标准‹关于印发“严寒地区无砟轨道结构选型、试验段建设方案审查意见”的通知(科技基[2008]35号)‹关于哈大客运专线无砟轨道结构型式的复函(工管技[2008]128号)‹《CRTSI型板式无砟轨道时速300～350公里客运专线铁路》(通线(2008)2301第二册轨道板)‹《客运专线铁路CRTSI型板式无砟轨道混凝土轨道板暂行技术条件》(科技基[2008]74号)‹《新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》(铁建设[2007]47号)‹《客运专线无砟轨道铁路设计指南》(铁建设函[2005]754号)‹《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)‹《客运专线综合接地技术实施办法(暂行)》(铁集成[2006]220号)‹《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》(科技基[2005]101号)‹《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设[2005]160号)‹《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》(铁建设[2005]157号)中国铁道科学研究院61.2轨道板的设计1.2轨道板的设计中国铁道科学研究院71.2.1设计荷载‹列车荷载：（A）竖向荷载：设计静轮载85kN；动力系数取3.0。（B）横向荷载：设计静轮载的0.8。‹温度荷载：（A）全断面温度升降引起的温度应力；（B）温度梯度引起的翘曲应力；（C）混凝土收缩折算为温度降低引起的应力。‹基础变形：（A）路基不均匀沉降按15mm/20m取值；（B）桥梁挠曲按梁端竖向转角不大于1‰取值。中国铁道科学研究院81.2.2荷载组合荷载分类荷载分类荷载名称荷载分类荷载名称恒载混凝土收缩和徐变的影响附加力路基不均匀沉降活载列车竖向荷载温度荷载桥梁挠曲特殊荷载施工临时荷载主力按照主力组合进行结构设计，按照主力＋附加力组合进行检算。中国铁道科学研究院9(1)路基上主力组合:列车设计荷载＋温度荷载＋混凝土收缩。主力＋附加力：列车检算荷载＋温度荷载＋混凝土收缩＋路基不均匀沉降(2)桥上主力组合：列车设计荷载＋桥梁挠曲＋混凝土收缩。(3)隧道内主力组合：列车设计荷载＋混凝土收缩。中国铁道科学研究院101.2.3计算参数(1)混凝土结构尺寸：标准轨道板长×宽×厚：4962mm×2400mm×190mm；路基上混凝土底座长×宽×厚：20000mm×3000mm×300mm；桥梁混凝土底座长×宽×厚：5000mm×2800mm×200mm；隧道混凝土底座长×宽×厚：20000mm×2800mm×200mm；凸形挡台尺寸：高度250mm，半径260mm。中国铁道科学研究院11(2)钢轨：60kg/m。(3)扣件：弹性垫层静刚度30kN/mm，纵向力为9kN/组。(4)材料：预应力平板混凝土强度等级为C60；底座和凸形挡台混凝土强度等级为C40，混凝土弹性模量参照《桥规》取值；水泥乳化沥青砂浆弹性模量为100～300MPa，抗压强度1.8MPa。(5)基础刚度：路基支承面刚度取76MPa/m；梁面支承刚度取1000MPa/m；隧道基础支承刚度取1200MPa/m。中国铁道科学研究院121.2.4有限元计算采用弹性叠合梁模型、梁－板有限元模型及实体模型进行对比分析，最终确定采用梁－板模型进行计算。梁－板模型中钢轨采用弹性点支承梁模型，扣件采用线性弹簧模拟，轨道板与底座板符合弹性薄板的结构特点，采用板壳单元进行模拟，采用实体单元模拟砂浆填充层的弹性，为模拟下部基础对轨道结构的支承作用，混凝土底座采用了弹性地基板进行模拟，为消除边界效应，模型选取三块轨道板进行计算并以中间单元板作为研究对象。中国铁道科学研究院13平板纵向弯矩云图梁-板有限元计算模型中国铁道科学研究院14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中国铁道科学研究院151.2.5型式尺寸本册图纸含P4962、P3685、P4856、P4856A、P4962A五种轨道板。路基、隧道地段主要采用P4962。32m梁上采用P3685＋5块P4962＋P3685,24m梁上采用P4856A＋3块P4856＋P4856A。无砟～有砟过渡段采用P4962A。异型板需进行特殊设计。中国铁道科学研究院16‹板厚200mm‹承台20mm‹板总高度220mm哈大铁路客运专线混凝土轨道板效果图中国铁道科学研究院17P4962型轨道板中国铁道科学研究院18局部放大图中国铁道科学研究院19P3685型轨道板中国铁道科学研究院20P4856型轨道板中国铁道科学研究院21P4856A型轨道板中国铁道科学研究院22P4962A型轨道板中国铁道科学研究院23梁端轨道板与非梁端轨道板端部区别P3685、P4856A、P4962A轨道板的一端其他轨道板的一端中国铁道科学研究院24‹配筋按截面中心对称布置；‹图中普通钢筋位置如与预埋件相碰，可作适当调整；‹图中“×”为架立筋的位置，可根据需要进行适当移动；‹⑩为接地筋，采用Φ16mm光圆钢筋,其余纵向钢筋均为Φ12mm环氧树脂涂层钢筋；‹⑩钢筋与上层横向钢筋交叉处采用16mm“L”形钢筋焊接;‹轨道板纵向单侧预埋两个接地端子，端子尾部圆钢与⑩钢筋焊接,‹焊接采用单面或双面搭接焊工艺,单面焊长度不小于100mm,双面焊接长度不小于55mm；1.2.6轨道板配筋(以P4962进行说明)中国铁道科学研究院25P4962型轨道板预应力钢筋布置图横向：单端张拉，张拉端交错布置纵向：两端张拉中国铁道科学研究院26P4962型轨道板普通钢筋布置图中国铁道科学研究院27P4962型轨道板钢筋表中国铁道科学研究院281.2.7轨道板绝缘轨道板内钢筋需进行绝缘处理。‹预应力钢棒：无粘结钢棒表面有防腐润滑脂及塑料套管隔离，且纵、横向预应力筋不交叉。‹锚具：纵向采用两块独立锚垫板，以保证预应力筋不形成闭合回路（注意：防止其螺旋筋搭接形成回路）。‹预应力平板:纵向钢筋、4号横向钢筋、箍筋、架立筋采用环氧树脂涂层钢筋，其余横向采用普通钢筋。‹环氧树脂涂层钢筋：采用环氧树脂涂层钢筋进行绝缘，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。中国铁道科学研究院29采用绝缘扎丝将两螺旋筋牢固定位，防止搭接形成回路中国铁道科学研究院301.2.7综合接地CRTSI型板式无砟轨道系统接地通过轨道板内预埋接地端子实现综合接地。接地端子的材料要求应参照铁集成[2006]220号文《客运专线综合接地技术实施办法(暂行)》和相关规范要求办理。P3685、P4856A、P4962A等轨道板制造时应保证接地端子布置在板左、右两侧的板的数量相同；中国铁道科学研究院31中国铁道科学研究院32中国铁道科学研究院331.3预应力张拉体系1.3预应力张拉体系中国铁道科学研究院341.3.1锚垫板方案1：‹方案1为有栓结方案（采用套扣深度6mm加橡胶密封圈方案，也可采用原有两个M8螺栓孔固定锚垫板种方案）；‹锚垫板材质为45#优质碳素结构钢；‹采用填加密封橡胶条防止锚垫板处漏浆；‹取消锚垫板后25mm护套；方案2：‹方案2为无栓结方案（采用锚穴成孔器内磁铁吸附固定锚垫板，同时利用原锚垫板两个直径8mm孔定位锚垫板以防振动时滑移，两个φ8孔不需套扣）；‹锚垫板材质为45#优质碳素结构钢；‹取消锚垫板后25mm护套；中国铁道科学研究院35锚垫板方案中国铁道科学研究院36预应力构造详图(横向)中国铁道科学研究院37预应力构造详图(纵向)中国铁道科学研究院38预应力钢棒定长(纵向)1.本图所示PC钢棒下料长度以模板厚度为15mm示例；2.护套末端应向锚垫板内缩进2mm，以防止护套被挤压破损；3.图中理论张拉伸长量是以钢棒弹性模量为200GPa进行计算。中国铁道科学研究院39预应力钢棒定长(横向)1.本图所示PC钢棒下料长度以模板厚度为15mm示例；2.护套末端应向锚垫板内缩进2mm，以防止护套被挤压破损；3.图中理论张拉伸长量是以钢棒弹性模量为200GPa进行计算。中国铁道科学研究院40预应力张拉顺序（横向）中国铁道科学研究院41纵向同一钢棒两侧应同步张拉预应力张拉顺序（纵向）中国铁道科学研究院422.1原材料规格及技术要求2.1原材料规格及技术要求42中国铁道科学研究院432.1.1原材料水泥采用强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥，水泥碱含量应不超过0.60％，三氧化硫含量应不超过3％，游离氧化钙不超过1%，氯离子含量应不超过0.10％，熟料中的C3A含量应不超过8％，水泥比表面积不超过350m2/kg。其它技术要求应符合GB175的规定。粗骨料采用级配合理、材质坚硬、洁净的二级级配山碎石，粒径为5～20mm，使用时粒径5～10mm碎石与粒径10～20mm中国铁道科学研究院44质量之比为（40±5）％：（60±5）％。碎石应分级贮存、分级运输、分级计量。松散堆积密度宜大于1500kg/m3，含泥量按重量计不大于0.5%，氯化物含量不大于0.02％，紧密空隙率不大于40%，压碎指标不应大于10%及针片状颗粒含量不大于5%，其它技术要求应符合TB10210中的规定。细骨料采用细度模数范围为2.5～3.0，硬质洁净的天然中粗河砂，除含泥量按重量计不大于1.5％，氯化物含量不大于0.02％外，其它技术要求应符合TB10210中的规定。中国铁道科学研究院45不应使用具有碱－碳酸盐反应活性或砂浆棒膨胀率大于0.20％的碱－硅酸反应活性的骨料；当骨料的砂浆棒膨胀率为0.10～0.20％时，混凝土最大碱含量不应超过3kg/m3。在轨道板投产前、后每一年以及骨料来源改变时，应根据TB/T2922和TB/T3054的规定对骨料的碱活性进行试验和评价，由国家认可的检验单位提出报告。2.1.2轨道板混凝土强度等级预应力轨道板混凝土强度等级为C60，其性能应符合《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设函[2005]157号）的要求。中国铁道科学研究院462.1.3锚具封端应采用砂浆封锚，其性能指标及施工工艺应符合《客运专线铁路CRTSI型板式无砟轨道混凝土轨道板暂行技术条件》的相关要求。关于锚穴封填，必须慎重进行。封锚砂浆一般是无收缩性的，但制造环节控制不好很容易产生裂纹。锚穴部位从结构和耐久性角度甚至从防锈方面来看均是整个轨道板结构的弱点，从国外经验和我国前期工程实践也发现封锚处容易出现龟裂甚至脱落。针对哈大铁路客运专线轨道板又处于严寒地区条件下，其封锚必须更加慎重。（专人介绍）中国铁道科学研究院47调研目前预应力轨道板封锚存在的问题：龟裂、剥离、脱落中国铁道科学研究院482.1.4预应力体系(1)预应力体系由护套包裹的无粘结预应力钢棒、锚固螺母、锚垫板及螺旋筋四部分组成,为保证其整体性能，预应力体系应配套提供；(2)预应力筋采用低松弛无粘结预应力钢棒，公称直径13mm，其抗拉强度不低于1420MPa，屈服强度不低于1280MPa，断裂延伸率不低于7%，其它物理力学性能应符合GB/T5223.3《预应力混凝土用钢棒》的相关规定；(3)钢棒端部螺纹采用滚轧成型，配套采用锚固螺母，预应力筋-锚固螺母组装件的静力、疲劳和周期荷载性能应符