CRTSⅢ型板式无砟轨道施工精调装置拆除时间的研究
2015-11-24杨乐明
杨乐明
(中国中铁二局新运工程有限公司,成都 610031)
CRTSⅢ型板式无砟轨道施工精调装置拆除时间的研究
杨乐明
(中国中铁二局新运工程有限公司,成都 610031)
为了研究CRTSⅢ板式无砟轨道在施工过程中精调装置拆除的最优时间,采用有限元方法建立单元板式无砟轨道的实体模型,通过考虑精调爪的安装数量以及不同地区存在的温度梯度的差异情况,进行其最优安装数目及拆除时间的研究。计算结果表明:精调爪数目为4组时可最有效地减小轨道板的翘曲变形;在温暖地区,当自密实混凝土强度达到35%之后可拆除精调爪;在寒冷地区,当自密实混凝土强度达到45%之后可拆除精调爪;在严寒地区,当自密实混凝土强度达到50%之后可拆除精调爪。由此可最大限度地加快施工进度且不影响轨道施工质量。
CRTSIII型板式无砟轨道;精调爪;轨道施工;温度梯度
1 概述
CRTSIII型板式无砟轨道为我国自主研发的无砟轨道结构形式,其轨道板为工厂预制而成。在无砟轨道铺设过程中,轨道板预先安放到指定位置并通过精调装置精确定位[1-2],如图1所示。轨道板精确定位之后,在底座板与轨道板之间填充自密实混凝土,当自密实混凝土达到一定强度之后拆除精调爪和模板[3-4],如图2所示。由于轨道板为工厂预制,因此在铺设过程中较双块式无砟轨道节省了施工时间,但现场灌注的砂浆或自密实混凝土需要一定时间才能达到一定的抗压强度。另外,因混凝土的导温性能差,当温度变化时,轨道板内会形成温度梯度从而造成轨道板的翘曲变形[5-11]。精调装置可以防止轨道板翘曲变形,避免轨道结构破坏,但精调爪的数量及其拆除时间会影响施工进度和质量。因此,为保证施工时轨道几何形位不发生变化并达到施工进度最快的目的,有必要研究合理的精调爪数量及其最佳拆除时间。通过建立板式无砟轨道计算模型,考虑我国不同地区环境温度的差异,针对温暖、寒冷、严寒等3种地区展开相关研究。
图1 精调爪安装
图2 精调爪的拆除
2 模型建立
2.1 计算模型
建立模型时,按安装不同数目的精调爪和精调爪拆除后两种情况进行计算。由于CRTSⅢ型无砟轨道轨道板长度为5.35 m,考虑到精调爪安装时的间距问题,在计算时精调爪数目分别取2、4、6、8、10组等5种工况进行分析。另外,考虑现场实际情况,自密实混凝土分别取抗压强度的30%~100%。
采用实体模型进行计算,由于浇筑自密实混凝土前底座板已经达到设计抗压强度,因此底座板及其以下部分不做考虑,计算时将自密实混凝土底部进行全约束。为更好地反映轨道板在温度梯度作用下对无砟轨道施工时的影响,采用单元板式无砟轨道进行研究,如图3所示。该计算模型中,安装有4组精调爪。
图3 含精调爪的模型
2.2 计算参数
轨道板及自密实混凝土设计参数如表1所示。
考虑到不同环境温度下轨道板温度梯度有所不同,为更好地适应不同地区CRTSⅢ型板式无砟轨道的铺设要求,按照气候条件将我国划分为3种地区[12],各地区下最大正、负温度梯度如表2所示。
表1 CRTSⅢ型板式无砟轨道参数
表2 无砟轨道最大温度梯度推荐值 ℃/m
3 计算结果及分析
精调爪的数量会影响施工的总体进度,为此计算时首先选取最优的精调爪数目,然后再确定不同区域内精调爪的拆除时间,以指导不同地区施工时能够达到最优施工进度。
3.1 精调爪合理数量选取的研究
计算时取最大温度梯度即最不利工况来确定最优精调爪数目,图4、图5为安装不同精调爪数目时轨道板最大位移分布曲线。
图4 轨道板垂向位移分布曲线
图5 轨道板纵、横向位移曲线
由计算结果可知,轨道板的垂向位移并非随着精调爪数量的增多而减小,在安装4组精调爪时轨道板的竖向位移最小(图4)。同样轨道板的纵向位移亦是如此(图5(a))。另外,由图5(b)可知,轨道板的横向位移随着精调爪的数目增加而急剧减小。这主要是因为精调爪固定之后,轨道板横向位移受到限制,在温度力作用下轨道板纵向与垂向变形必然相应增大,且横向约束作用越大,轨道板的纵向与垂向变形就越大。
由以上分析得在最不利工况下,当精调爪数目为4组时,轨道板的形变量最小。因此,精调爪数量取为4组时,可最大限度地提高施工进度且不影响轨道施工质量。
3.2 不同地区精调爪拆除时间研究
不同地区施工时,环境温度有所不同,如果按照统一标准进行轨道施工会产生不必要的时间浪费,根据我国不同地区的温度梯度进行研究,确定不同地区施工时精调爪拆除的最优时间。
3.2.1 -48 ℃/m负温度梯度
当最大负温度梯度为-48 ℃/m时自密实混凝土受力如图6所示。
由图6可知在最大负温度梯度下,自密实混凝土所受的最大压应力均小于自密实混凝土的抗压强度,因此在最大负温度梯度作用下当自密实混凝土的强度达到30%之后便可拆除精调爪。
图6 -48 ℃/m负温度梯度下的自密实混凝土受力
3.2.2 正温度梯度
轨道的施工不可能全部在晚上完成,而且自密实混凝土达到一定抗拉、压强度时仍需要一定的时间,因此必须要分析不同地区的正温度梯度作用下轨道板受力情况。根据我国不同地区的正温度梯度情况,分别研究温暖地区(即正温度梯度达到80 ℃/m的地区)、寒冷地区(即正温度梯度达到90 ℃/m的地区)、严寒地区(即正温度梯度达到95 ℃/m的地区)3种不同地区下精调爪最优拆除时间。不同地区正温度梯度下自密实混凝土受力情况如图7所示。
图7 正温度梯度下自密实混凝土受力曲线
由图7可知:在温暖地区施工时,自密实混凝土强度超过35%之后,自密实混凝土所受的压应力将小于其抗压强度,因此,在温暖地区精调爪的拆除应在自密实混凝土强度达到35%之后进行拆除工作;在寒冷地区施工时,当自密实混凝土强度超过45%之后,其所受压应力小于自身抗压强度,因此,在寒冷地区精调爪的拆除应在自密实混凝土强度达到45%之后予以拆除;在严寒地区施工时应在自密实混凝土强度达到50%之后将精调爪予以拆除,此时混凝土所受压应力小于其自身抗压强度。
综合以上分析并结合现场施工经验可知,轨道板的施工不可能仅仅经历负温度梯度的作用,而是每天都要有正负温度梯度的交替过程,而自密实混凝土自灌注开始至达到一定强度需要一定的时间。因此,精调爪的拆除工作需要按照轨道板正温度梯度下得出的结论进行指导施工,即在温暖地区,当自密实混凝土强度达到35%之后拆除精调爪;寒冷地区为45%;严寒地区则为50%。
4 结论
通过建立CRTSⅢ型板式无砟轨道计算模型,分析施工过程中精调爪最优安装数目及拆除时间,可得以下结论。
(1)精调装置中精调爪数量越多,其对轨道板的固定作用并非越好,其数量为4组时,轨道板因温度梯度引起的翘曲变形最小。因此,采用4组精调爪可节省工具使用数量,加快精调的使用周期,从而提高施工进度。
(2)在负温度梯度较大的地区施工时,当自密实混凝土的强度达到30%之后便可拆除精调爪。
(3)自密实混凝土的强度增长决定了精调爪的拆除时间,当自密实混凝土所受压应力小于其自身抗压强度时,方可保证其不受破坏。因此,在温暖地区,拆除精调爪应在自密实混凝土强度达到35%之后进行;在严寒地区,拆除精调爪应在自密实混凝土强度达到45%之后进行;在寒冷地区,拆除精调爪应在自密实混凝土强度达到50%之后进行。
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Research on the Best Time of Removing Fine Tuning Control Device during the Construction of CRTSⅢ Ballastless Slab Track
YANG Le-ming
(China Railway Second Bureau Xiyun Engineering Co., Ltd., Chengdu 610031, China)
To determine the best time of removing the fine tuning control device during the construction of for CRTSⅢ ballastless slab track, the author establishes a model of ballastless slab track with finite element method to study the optimal number of installation and the best time of removing the device in view of the number of fine tuning control device and the thermal gradient in different areas. The results show that the optimal number of fine tuning control device is four, and this could reduce the deformation of slab track efficiently; in worm regions, the fine tuning control device could be removed when the self-compacted concrete strength reaches 35% of its final strength or 45% in cold regions. Besides, the device could be removed when the concrete strength reaches 50% of its final strength in severe cold regions. Thus, the progress of construction could be increased most effectively while track construction quality guaranteed
CRTSⅢ ballastless slab track; Fine tuning control device; Track construction; Thermal gradient
2014-04-04;
2014-05-20
杨乐明(1962—),男,高级工程师,1983年毕业于长沙铁道学院,工学学士,E-mail: 1062596693@qq.com。
1004-2954(2015)03-0046-04
U213.2+44
A
10.13238/j.issn.1004-2954.2015.03.011