淺談試車場高速環道緩和曲線段模板設計

田傳畢，張杰勝 （中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前 言

試車場是專為測試汽車的綜合性能而特別設計建設的場地，試驗場的高速環道是汽車試驗場的主體設施，是供汽車進行連續高速行駛試驗的閉合循環跑道，在很大程度上它代表著汽車試驗場的建設水平和規模。試驗場高速環道的成型的空間精度直接決定著試車場建設的成敗，其高速環道緩和曲線段模板的制作是施工的關鍵技術之一。

1 高環曲面理論計算分塊

高速環道的平面線形為直線、緩和曲線、圓曲線，其中緩和曲線采用布勞斯曲線；橫斷面設計為三次拋物線，硬路肩為一次函數，在緩和曲線段，其任意里程緩和曲線的橫斷面線形都是是唯一的，根據以直代曲、以點代面的理論，將高速環道理論空間曲面分割成足夠小的實體單元。分割原則:保證每塊幾何中心的最大理論矢距不超過0.5mm，示意圖如圖1。

2 高速環道曲面模板劃分

2.1 模板縱向寬度劃分

板塊劃分的原則是每個板塊的面積不大于25m2。 由于現場施工的提漿機的最大控制寬度為5m，所以板塊的最大寬度為5m。 且要滿足板塊寬度的以直代曲的最大允許偏差S≤2mm，如圖2。 以圓曲線高速車道中心線為例：半徑R=580m，R'=580/sin（37.994°）=942.202m。

式中：S——取2mm 可以得到B 的最大值

R——緩和曲線上任意點處的半徑， 其中圓曲線上R0=580m，緩和曲線上R=R0L/l；L 為緩和曲線全長，l 為對應半徑處的緩和曲線長

按以上原則， 經計算， 緩和曲線上的板塊劃分寬度為3.5m～5m，圓曲線上板塊寬度為3.5m。

2.2 模板橫向寬度劃分

橫向寬度的劃分原則為滿足模板制作時模板徑向斷面高程與設計斷面高程相差不大于1mm，且現場使用時搬運方便。

2.2.1 模板斷縫劃分

因模板斷縫處會出現混凝土自然成型的施工縫，為減少車輛行駛時駕駛員的不適感，一般將模板斷縫設置在各車道中心線及各車道邊線。每個車道水平距離寬為3.75m，各半車道頂口弧長分別為1.881m、1.918m、1.997m、2.118m、2.284m、2.488m、2.083m，模板單塊重量不大于50kg，人工搬運較為方便，即整個高環橫斷面由6個弧線模板與一個直線模板組成。

2.2.2 模板橫向寬度劃分

模板面板寬度為45cm、厚度為4mm，使用數控機床切割鋼板制作模板時，鋼板易受熱變形，面板立面的平整度無法滿足使用要求，需先用氧氣、乙炔切割鋼板然后使用砂輪將模板四個邊緣打磨。而設計單位僅提供了高環橫斷面的線性類型及相關CAD圖紙，需將斷面的線性方程解算以確認模板的橫向寬度。

以低速車道下端點豎直向下27.2m為原點，水平切線方向為X軸、豎直方向為Y軸建立直角坐標系，如圖3。

三次拋物線的方程為y=ax3+bx2+cx+d，一次函數直線方程為y=kx+d0。以圓曲線橫斷面為例使用待定系數法結算線性如下。

橫斷面擬合數據對比表 表1

①在中速、高速車道區段任意選擇4個點，并在設計圖紙點取對應的x，y值，列出方程組（1）：

解算a、b、c、d代入方程后可得出y=ax3+bx2+cx+d的公式：y=0.00040427x3+0.036092x2-0.00219167x+27.20095625。

②在低速車道中任意選擇3個點，在設計圖紙點取對應的x、y值；當x=3.75m時，即低速車道與中速車道的交界處切線斜率相同（導數相同）。從而列出方程組（2）。

解算a'、b'、c'、d'代入方程后可得出y=a'x3+b'x2+c'x+d'的公式：y=0.00040754x3+0.03606904x2+-0.00215760x+27.20097872。

③當x=11.25m時，即高速車道與硬路肩的交界處切線斜率相同（導數相同）。從而列出方程組（3）。

計算出kx、d0值后代入方程后可得出的公式：y=0.963373333x+21.48185。

通過試算后得出的三次拋物線的各項系數k、a、b、c和a'、b'、c'、d'，得出的結果與在設計點位高程對比如表1。

由表中可以得出，通過待定系數法解算出的每25cm一個點的模板橫斷面數據與設計斷面數據相差不大于1mm，模板制作時使每個整車道為單獨數據表，不會出現因模板制作偏差而導致每套模板間不能交換使用，滿足模板制作要求。

3 模板的制作

3.1 模板的設計

按照設計尺寸進行設計，沿線路橫向布置模板，模板分成7塊。為了施工方便，低速車道、中速車道各由2塊模板組成，現場連接成一個整體；高速車道由2塊模板組成，硬路肩由1塊模板組成，現場連接成一個整體。

模板加固：模板背面采用3條沿模板長度方向通長的背帶，每50cm沿模板高度方向設置一道通長背肋，每50cm設置一對三角鐵。

精度要求：平整度2mm，加工邊誤差0.5mm。

3.2 模板的剛度計算

3.2.1 計算依據

①模板參數

面板采用4mm鋼板；

背帶采用4mm鋼板，寬50mm，間距為220mm；

背肋采用4mm 鋼板，寬50mm，間距為250mm；

②材料參數

鋼的彈性模量E=210GPa

③計算依據

依據參數：重力密度γ=24kN/m3，模板高度0.45m,坍落度：5cm～9cm，β1=1，摻外加劑，β2=1.2。

根據以上資料， 計算最大側壓力值P=ρhβ1β2=24×0.45×1×1.2=12.96kN/m2，考慮安全、吊運、模板使用次數及不定向等因素，取修正系數為2，因此計算時的壓力值為：

F=2×12.96=25.92 kN/m2

3.2.2 背帶計算

①強度驗算：桁架縱向按連續梁承受均布荷載計算，查表得最大彎矩：M=0.101ql2最大撓度：

故強度足夠。

②撓度驗算：

故撓度足夠。3.2.3 背肋計算

①強度驗算：豎向肋按連續梁承受均布荷載計算，

查表得最大彎矩：M=0.101ql2

最大撓度：ω=0.99ql4/100EI

故強度足夠。

②撓度驗算：

故撓度足夠。

3.3 模板的加工

按照設計尺寸在鋼板上定出各個模板頂口及底口線的位置，并使用氣割將模板切割至距離設計邊2mm 左右的位置，然后使用砂輪將模板頂口與底口打磨到位。

3.4 模板的驗收

清理出8m×15m 的地坪對模板進行檢查：單塊模板的弦長不得大于2mm、拼裝后的弦長不得大于3mm，并派專人對模板進行校正，拼裝使用前滿足精度要求。

4 結 語

本文詳細闡述了高速環道緩和曲線模板縱向和橫向的劃分，以及模板的制作、加工和驗收，保證了模板的定位要求。此外， 本文還介紹了模板的裝定過程和怎樣提高定位精度和效率，為后期曲面混凝土灌注及其他方面施工提供了重要保障。

[1]GB50017-2011,鋼結構設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2011.

[2]DBJ08-68-97,輕型鋼結構設計規程[S].

[3]JGJ81-2002,建筑鋼結構焊接技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2002.