CRTS Ⅲ型先張法預應力軌道板流水機組法生產工藝 預應力筋張拉力鎖緊方式研究

王 夢,王繼軍，趙 勇，施 成，寧 娜

(中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081)

雙向先張預應力軌道板是我國自主研發的CRTS Ⅲ型板式無砟軌道中軌道板的主要形式。為積極穩妥地推進雙向先張軌道板的規模化工程應用，我國前期采用了模板不受力的臺座法生產工藝，以保證軌道板承軌部位的制造精度，并廣泛應用于京沈、鄭徐、商合杭、昌贛等多條高速鐵路，有效保證了軌道板的制造質量[1-7]。為進一步降低建場成本，提高軌道板生產的機械化程度，實現關鍵工裝設備的可重復利用，我國近期研發了流水機組法生產工藝[8]。

施加預應力是雙向先張預應力軌道板制造的關鍵工序，文獻[9]對預應力筋的張拉方式進行了系統研究，提出了軌道板縱橫向預應力筋宜采用單根同步張拉方式，可實現流水機組法制造中預應力筋張拉的高精度和高效率，但張拉力鎖緊過程控制不嚴格將導致均勻性損失。為保證軌道板預應力筋張拉力的鎖緊效果，本文對其鎖緊方式進行研究。

1 鎖緊方式技術特點分析

結合CRTS Ⅲ型先張法預應力混凝土軌道板流水機組法生產工藝中模板及預應力筋張拉方式等的技術特點，初步提出了插入楔塊頂緊、皮帶摩擦旋緊和螺母機械擰緊3種預應力筋張拉力鎖緊方式。

1.1 插入楔塊頂緊方式

在軌道板模板張拉端對應預應力筋處設置具有一定錐度的固定楔塊。預應力筋張拉完成后，鎖緊螺母和固定楔塊之間形成空隙，插入與固定楔塊具有相同錐度、方向相反的滑動楔塊并頂緊，實現預應力筋張拉力鎖緊，見圖1。

圖1 插入楔塊頂緊方式

該方式主要優點：①結構簡單，造價低；②故障率低，運行可靠；③固定楔塊、滑動楔塊、張拉桿等可快速更換，維護簡便。

主要缺點：①鋼筋骨架入模時需人工安裝滑動楔塊，自動化程度低；②滑動楔塊插入深度易受作用力、界面清潔程度、部件銹蝕程度等影響；③需設置人工復檢，以確認鎖緊效果。

1.2 皮帶摩擦旋緊方式

軌道板預應力筋張拉完成后，張拉端鎖緊螺母和模板之間形成空隙，由控制器驅動皮帶旋轉，通過皮帶與鎖緊螺母之間的摩擦帶動螺母向模板旋進，實現張拉力鎖緊，見圖2。

圖2 皮帶摩擦旋緊方式

該方式主要優點：①結構相對簡單，造價較低；②鎖緊裝置由獨立電機、皮帶等組成，拆裝便捷，易于維修。

主要缺點：①皮帶為易損部件，規模化生產過程中需頻繁更換，如張拉過程中斷裂則需返工再次張拉；②皮帶與鎖緊螺母之間的摩擦力易受皮帶表面狀態、鎖緊螺母表面清潔度等的影響，需人工復檢鎖緊效果。

1.3 螺母機械擰緊方式

軌道板預應力筋張拉設備中，對應每根預應力筋設置一個液壓扭矩馬達，預應力筋張拉完成后，通過液壓馬達旋擰鎖緊螺母的方式消除螺母和模板之間的空隙，實現張拉力鎖緊，見圖3。

圖3 螺母機械擰緊方式

該方式主要優點：①采用液壓扭矩馬達擰緊螺母，力值可控，易于保證鎖緊效果和均勻性；②性能穩定，運行可靠，不需人工干預。

主要缺點：①對應每根預應力筋均需設置張拉機構和鎖緊馬達，結構相對復雜；②油路和控制機構較多，造價相對較高；③受限于軌道板縱向上下層預應力筋間距，維修難度略大。

1.4 3種鎖緊方式的對比分析

由3種鎖緊方式技術特點分析可知：插入楔塊頂緊和皮帶摩擦旋緊2種方式結構簡單，價格相對較低，但鎖緊效果易受部件狀態的影響；螺母機械擰緊方式鎖緊效果易于保證，但設備較為復雜，價格相對較高。

為在保證鎖緊效果的前提下降低設備投入，有必要進行不同鎖緊效果方式的對比試驗，以確定綜合性能最優的鎖緊方式。

2 不同鎖緊方式對比試驗

為驗證3種鎖緊方式的效果，在預應力筋鎖緊完成后，進行有效張拉力測試，單根預應力筋張拉力控制值為80 kN。

2.1 插入楔塊頂緊方式

預應力筋采用單根張拉、插入楔塊方式鎖緊后，200個實測有效張拉力統計結果見表1、圖4。

表1 插入楔塊頂緊方式有效張拉力統計 kN

圖4 插入楔塊頂緊方式有效張拉力統計結果

由表1、圖4可知：①有效張拉力主要分布在78～82 kN，占測點總數的87.1%；均值為79.97 kN，與張拉力控制值偏差0.04%。②有效張拉力最大值為84.90 kN，最小值為76.20 kN，與張拉力控制值偏差分別為6.1%，-4.8%；有效張拉力均方差為1.67 kN，具有一定離散性。

2.2 皮帶摩擦旋緊方式

預應力筋采用單根張拉、皮帶摩擦方式鎖緊后，200個實測有效張拉力統計結果見表2、圖5。

表2 皮帶摩擦旋緊方式有效張拉力統計 kN

圖5 皮帶摩擦旋緊方式有效張拉力統計結果

由表2、圖5可知：①有效張拉力主要分布在77～82 kN，占測點總數的93.4%；均值為79.31 kN，與張拉力控制值偏差0.87%。②有效張拉力最大值為83.30 kN，最小值為74.80 kN，與張拉力控制值偏差分別為4.1%，-6.5%；有效張拉力均方差為1.65 kN，數據離散性較大。

2.3 螺母機械擰緊方式

預應力筋采用單根張拉、螺母機械擰緊方式鎖緊后，200個實測有效張拉力統計結果見表3、圖6。

表3 螺母機械擰緊方式有效張拉力統計 kN

圖6 螺母機械擰緊方式有效張拉力統計結果

由表3、圖6可知：①有效張拉力主要分布在79～81 kN之間，占測點總數的94.4%；均值為80.05 kN，與張拉力控制值偏差0.06%。②有效張拉力最大值為82.50 kN，最小值為77.50 kN，與張拉力控制值偏差分別為3.1%，-3.1%；有效張拉力均方差為0.82 kN，數據離散性較小。

2.4 對比分析

對比軌道板預應力筋張拉力3種鎖緊方式的測試結果，可知：

1)插入楔塊頂緊方式為了保證固定楔塊和滑動楔塊接觸面密貼，必須保證足夠的壓緊力，實測張拉力大于張拉力控制值的比例相對較大，實測最大正偏差為6.1%；皮帶摩擦旋緊方式易受油污、皮帶表面粗糙度、鎖緊螺母與模板間夾渣等因素影響，導致鎖緊力不足，實測張拉力小于張拉力控制值的比例相對較大，實測最大負偏差為-6.5%；螺母機械擰緊方式鎖緊力由扭矩控制，鎖緊力穩定可控，并通過機械咬合直接作用于鎖緊螺母，實測最大正負偏差分別為3.1%，-3.1%，偏差相對較小。

2)插入楔塊頂緊、皮帶摩擦旋緊和螺母機械擰緊3種方式預應力筋有效張拉力平均值分別為79.97，79.31，80.05 kN，說明3種方式均可保證軌道板的總張拉力；其對應均方差分別為1.67，1.65，0.82 kN，螺母機械擰緊方式有效張拉力均方差明顯小于插入楔塊頂緊和皮帶摩擦旋緊方式，張拉力值離散性小，更有利于預應力筋張拉力的均勻性，減小由于預應力偏心產生翹曲變形的可能性。

3 結論

通過對CRTSⅢ型先張法預應力軌道板流水機組生產工藝預應力筋張拉力不同鎖緊方式的技術特點分析及對比試驗，可得到如下結論：

1)插入楔塊頂緊和皮帶摩擦旋緊2種方式鎖緊效果易受表面清潔程度、部件銹蝕等因素影響，預應力筋有效張拉力離散性較大。

2)螺母機械擰緊方式鎖緊力穩定可控，預應力筋有效張拉力離散性小，更有利于預應力筋張拉力的均勻性。因此，預應力筋張拉力宜采用螺母機械擰緊方式進行鎖緊。

目前，TJ/GW 156—2017《高速鐵路CRTSⅢ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板暫行技術要求(流水機組法)》僅對預應力筋的張拉方式進行了規定，并未對張拉力的鎖緊方式提出明確要求，本文研究成果可為CRTSⅢ型先張法預應力軌道板技術進步和標準的進一步完善提供支撐。