CRTSⅡ型軌道板2×42預(yù)制生產(chǎn)線預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)應(yīng)力和摩阻力測定技術(shù)

許傳波，馬春生，付雷鋒

(1.中鐵十五局集團有限公司 固鎮(zhèn)軌道板場，安徽 固鎮(zhèn) 233700;2.北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

在建鐵路軌道板預(yù)制場采用2×42長線臺座生產(chǎn)線模式，一條生產(chǎn)線長度較原來27塊板生產(chǎn)線增加近40 m，預(yù)應(yīng)力損失問題成為新研發(fā)生產(chǎn)線需要重點解決的問題之一。

長線臺座生產(chǎn)線預(yù)應(yīng)力損失主要來自預(yù)應(yīng)力鋼筋摩阻力。作為先張生產(chǎn)線，預(yù)應(yīng)力鋼筋摩阻力由分絲隔板和預(yù)應(yīng)力鋼筋之間的摩擦產(chǎn)生，摩阻力的大小與模具的加工安裝精度、分絲隔板的加工安裝精度、預(yù)制生產(chǎn)線的長短、預(yù)應(yīng)力筋槽口與分絲隔板槽口的直線度等有直接關(guān)系。摩阻力的大小直接決定自動張拉系統(tǒng)對張拉控制應(yīng)力的大小，因此，每座軌道板預(yù)制場均需對預(yù)應(yīng)力摩阻力進行實際測定，滿足預(yù)應(yīng)力的要求。

CRTSⅡ型軌道板外形尺寸為6 450 mm×2 550 mm×200 mm，為單向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，橫向配有 60×φ10 mm和6×φ 5 mm預(yù)應(yīng)力鋼筋。本文介紹了軌道板場對預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)應(yīng)力及摩阻損失率測定方法，保證了張拉力調(diào)整的準確。

1 預(yù)應(yīng)力及摩阻力測定方法及測點布置

試驗采用粘貼在預(yù)應(yīng)力鋼筋表面的電阻應(yīng)變計測量其應(yīng)變，從而得到預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力，數(shù)據(jù)采集儀器采用3818靜態(tài)應(yīng)變采集儀，應(yīng)變測試系統(tǒng)如圖1所示。

考慮到軌道板內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋直徑較小，選用浙江測試儀器廠生產(chǎn)的柵長×柵寬為2 mm×1 mm(基底4.5 mm×2.4 mm)的BX120-2AA型電阻應(yīng)變計，電阻值為120 Ω，靈敏系數(shù)為2.08。

由于直徑5 mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋僅起到鋼筋網(wǎng)片定位的作用，故試驗只對直徑10 mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力值進行測試。在充分考慮生產(chǎn)工藝相同性及結(jié)構(gòu)對稱性的基礎(chǔ)上，選取第一生產(chǎn)線上的21#～42#軌道板作為測試對象，其中應(yīng)變測點布置在 21#、24#、27#、30#、33#、36#、39#、42#軌道板中間及錨下，測點編號依次為1～9。軌道板橫向有60根φ10 mm的預(yù)應(yīng)力筋，其中每3根布置在一起，因此選取每3根中的1根作為試驗對象，總共測試30根。其中第1次試驗測試20根，測試預(yù)應(yīng)力鋼筋為 N1～N20;第2次試驗測試10根，測試預(yù)應(yīng)力鋼筋為N1～N10(圖2)。

圖1 預(yù)應(yīng)力測試系統(tǒng)

圖2 長線臺座法軌道板預(yù)應(yīng)力鋼筋布置

2 預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力測定

單根直徑10 mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋面積為78.54 mm2，設(shè)計張拉應(yīng)力為 870 MPa，設(shè)計張拉力為 68.3 kN;單根直徑5 mm的預(yù)應(yīng)力筋的面積為19.64 mm2，設(shè)計張拉應(yīng)力為870 MPa，設(shè)計張拉力為17.1 kN。

試驗時按摩阻損失率6%考慮，施加的張拉力為4 452.5 kN，理論伸長值為495 mm，考慮補償伸長值100 mm，總伸長值為595 mm。

通過張拉測試，油泵讀數(shù)在計算張拉力4 452.5 kN左右時，伸長值在580 mm左右。鑒于目前實際張拉時，油泵設(shè)定以伸長值控制，因此每次試驗張拉結(jié)束，均記錄下各油泵的張拉力顯示讀數(shù)，以便進行校核和調(diào)整。設(shè)定油泵伸長值為580 mm時，各預(yù)應(yīng)力筋終張拉時的油泵讀數(shù)為兩端張拉值，分別為4 464.7 kN和4 426.9 kN，平均為4 445.8 kN。

每根預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力測試重復(fù)進行兩次，結(jié)果取其平均值。兩次測試30根預(yù)應(yīng)力鋼筋的結(jié)果是最大內(nèi)應(yīng)力929.9 MPa，最小內(nèi)應(yīng)力849.9 MPa，與設(shè)計預(yù)應(yīng)力之差都在15%范圍內(nèi)，平均值890.2 MPa，與設(shè)計預(yù)應(yīng)力之差在5%范圍內(nèi)［1］。因此，預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)應(yīng)力分布比較均勻。

3 摩阻損失測定

對于本次試驗的CRTSⅡ型軌道板而言，預(yù)應(yīng)力摩阻損失由分絲隔板和預(yù)應(yīng)力筋之間的摩擦產(chǎn)生，出于每塊分絲隔板的加工工藝的相同性的考慮，可以近似認為每塊分絲隔板與預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的摩阻損失是相同的，又由于每塊板的寬度相同(均為2.55 m)，因此預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)應(yīng)力值是按線性變化的。

根據(jù)每根預(yù)應(yīng)力筋張拉后測得的應(yīng)力值，采用線性回歸方法擬合得到應(yīng)力值與測點位置的線性函數(shù)

式中，x為測點位置;a、b為擬合常數(shù)。

摩阻損失率β可由下式計算得到

式中，σ中間為由式(1)計算的21#板的應(yīng)力值;σ錨下為由式(1)計算的錨下應(yīng)力值。

根據(jù)摩阻損失率的測定原理，首先對每根預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力數(shù)據(jù)進行線性回歸擬合，得到線性回歸函數(shù)。如圖3所示為N1預(yù)應(yīng)力鋼筋的線性擬合方程，由式(2)可以計算得到N1預(yù)應(yīng)力鋼筋摩阻損失率為4.11%。依此可計算得到30根預(yù)應(yīng)力鋼筋測試結(jié)果的平均值為4.39%，兩次試驗結(jié)果對比如圖4所示，摩阻損失率在3.13%～6.33%范圍內(nèi)。

圖3 N1應(yīng)力線性回歸擬合

圖4 預(yù)應(yīng)力鋼筋摩阻損失率分布

4 測試結(jié)果應(yīng)用

根據(jù)實測的預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)應(yīng)力平均值以及摩阻損失率，可進一步對張拉控制進行微調(diào)，以使張拉后預(yù)應(yīng)力筋的內(nèi)應(yīng)力值更接近設(shè)計張拉應(yīng)力值870 MPa。

張拉力調(diào)整按式(3)進行

式中，Pt為調(diào)整后的張拉力;Pm為目前油泵的單端平均張拉值;σs為設(shè)計張拉控制應(yīng)力;σm為目前預(yù)應(yīng)力筋的內(nèi)應(yīng)力平均值。

將 Pm=4 445.8 kN，σs=870.0 MPa，σm=890.2 MPa代入式(3)，可求得調(diào)整后的單端張拉力為4 344.9 kN，按平均分配，每個油泵的張拉力值為2 172.5 kN。

目前試驗張拉總伸長值為580.0 mm，按照實測的摩阻損失率，重新計算理論伸長值為478.4 mm，從而補償伸長值為101.6 mm，而實際理論伸長值為489.5 mm，因此修正后的補償伸長值為90.5 mm，所以調(diào)整后的總伸長值為568.9 mm。

5 結(jié)論

1)全部測試預(yù)應(yīng)力筋的內(nèi)應(yīng)力平均值為890.2 MPa，與設(shè)計張拉應(yīng)力相差2.32%，小于設(shè)計預(yù)應(yīng)力的5%;單根預(yù)應(yīng)力筋最大內(nèi)應(yīng)力值為929.9 MPa，與設(shè)計張拉應(yīng)力相差6.88%，小于設(shè)計預(yù)應(yīng)力的15%;單根預(yù)應(yīng)力筋最小內(nèi)應(yīng)力值為849.9 MPa，與設(shè)計張拉應(yīng)力相差2.31%，小于設(shè)計預(yù)應(yīng)力的15%;滿足《客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術(shù)條件》要求。說明生產(chǎn)線上的預(yù)應(yīng)力筋張拉力值是合格的。

2)預(yù)應(yīng)力筋的摩阻損失率在3.130% ～6.330%范圍，平均摩阻損失率為4.393%。

3)根據(jù)實測的預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)應(yīng)力平均值以及摩阻損失率，可進一步對張拉控制進行微調(diào)，以使張拉后預(yù)應(yīng)力筋的內(nèi)應(yīng)力值更接近設(shè)計張拉應(yīng)力值870 MPa。

［1］中華人民共和國鐵道部.科技基［2008］173號 客運專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］肖鴻章.長線臺座法軌枕生產(chǎn)工藝探討［J］.鐵道建筑，2005(6):91-93.