浅谈试车场高速环道缓和曲线段模板设计

田传毕，张杰胜 （中铁四局集团第一工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前 言

试车场是专为测试汽车的综合性能而特别设计建设的场地，试验场的高速环道是汽车试验场的主体设施，是供汽车进行连续高速行驶试验的闭合循环跑道，在很大程度上它代表着汽车试验场的建设水平和规模。试验场高速环道的成型的空间精度直接决定着试车场建设的成败，其高速环道缓和曲线段模板的制作是施工的关键技术之一。

1 高环曲面理论计算分块

高速环道的平面线形为直线、缓和曲线、圆曲线，其中缓和曲线采用布劳斯曲线；横断面设计为三次抛物线，硬路肩为一次函数，在缓和曲线段，其任意里程缓和曲线的横断面线形都是是唯一的，根据以直代曲、以点代面的理论，将高速环道理论空间曲面分割成足够小的实体单元。分割原则:保证每块几何中心的最大理论矢距不超过0.5mm，示意图如图1。

2 高速环道曲面模板划分

2.1 模板纵向宽度划分

板块划分的原则是每个板块的面积不大于25m2。 由于现场施工的提浆机的最大控制宽度为5m，所以板块的最大宽度为5m。 且要满足板块宽度的以直代曲的最大允许偏差S≤2mm，如图2。 以圆曲线高速车道中心线为例：半径R=580m，R'=580/sin（37.994°）=942.202m。

式中：S——取2mm 可以得到B 的最大值

R——缓和曲线上任意点处的半径， 其中圆曲线上R0=580m，缓和曲线上R=R0L/l；L 为缓和曲线全长，l 为对应半径处的缓和曲线长

按以上原则， 经计算， 缓和曲线上的板块划分宽度为3.5m～5m，圆曲线上板块宽度为3.5m。

2.2 模板横向宽度划分

横向宽度的划分原则为满足模板制作时模板径向断面高程与设计断面高程相差不大于1mm，且现场使用时搬运方便。

2.2.1 模板断缝划分

因模板断缝处会出现混凝土自然成型的施工缝，为减少车辆行驶时驾驶员的不适感，一般将模板断缝设置在各车道中心线及各车道边线。每个车道水平距离宽为3.75m，各半车道顶口弧长分别为1.881m、1.918m、1.997m、2.118m、2.284m、2.488m、2.083m，模板单块重量不大于50kg，人工搬运较为方便，即整个高环横断面由6个弧线模板与一个直线模板组成。

2.2.2 模板横向宽度划分

模板面板宽度为45cm、厚度为4mm，使用数控机床切割钢板制作模板时，钢板易受热变形，面板立面的平整度无法满足使用要求，需先用氧气、乙炔切割钢板然后使用砂轮将模板四个边缘打磨。而设计单位仅提供了高环横断面的线性类型及相关CAD图纸，需将断面的线性方程解算以确认模板的横向宽度。

以低速车道下端点竖直向下27.2m为原点，水平切线方向为X轴、竖直方向为Y轴建立直角坐标系，如图3。

三次抛物线的方程为y=ax3+bx2+cx+d，一次函数直线方程为y=kx+d0。以圆曲线横断面为例使用待定系数法结算线性如下。

横断面拟合数据对比表 表1

①在中速、高速车道区段任意选择4个点，并在设计图纸点取对应的x，y值，列出方程组（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在低速车道中任意选择3个点，在设计图纸点取对应的x、y值；当x=3.75m时，即低速车道与中速车道的交界处切线斜率相同（导数相同）。从而列出方程组（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当x=11.25m时，即高速车道与硬路肩的交界处切线斜率相同（导数相同）。从而列出方程组（3）。

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

通过试算后得出的三次抛物线的各项系数k、a、b、c和a'、b'、c'、d'，得出的结果与在设计点位高程对比如表1。

由表中可以得出，通过待定系数法解算出的每25cm一个点的模板横断面数据与设计断面数据相差不大于1mm，模板制作时使每个整车道为单独数据表，不会出现因模板制作偏差而导致每套模板间不能交换使用，满足模板制作要求。

3 模板的制作

3.1 模板的设计

按照设计尺寸进行设计，沿线路横向布置模板，模板分成7块。为了施工方便，低速车道、中速车道各由2块模板组成，现场连接成一个整体；高速车道由2块模板组成，硬路肩由1块模板组成，现场连接成一个整体。

模板加固：模板背面采用3条沿模板长度方向通长的背带，每50cm沿模板高度方向设置一道通长背肋，每50cm设置一对三角铁。

精度要求：平整度2mm，加工边误差0.5mm。

3.2 模板的刚度计算

3.2.1 计算依据

①模板参数

面板采用4mm钢板；

背带采用4mm钢板，宽50mm，间距为220mm；

背肋采用4mm 钢板，宽50mm，间距为250mm；

②材料参数

钢的弹性模量E=210GPa

③计算依据

依据参数：重力密度γ=24kN/m3，模板高度0.45m,坍落度：5cm～9cm，β1=1，掺外加剂，β2=1.2。

根据以上资料， 计算最大侧压力值P=ρhβ1β2=24×0.45×1×1.2=12.96kN/m2，考虑安全、吊运、模板使用次数及不定向等因素，取修正系数为2，因此计算时的压力值为：

F=2×12.96=25.92 kN/m2

3.2.2 背带计算

①强度验算：桁架纵向按连续梁承受均布荷载计算，查表得最大弯矩：M=0.101ql2最大挠度：

故强度足够。

②挠度验算：

故挠度足够。3.2.3 背肋计算

①强度验算：竖向肋按连续梁承受均布荷载计算，

查表得最大弯矩：M=0.101ql2

最大挠度：ω=0.99ql4/100EI

故强度足够。

②挠度验算：

故挠度足够。

3.3 模板的加工

按照设计尺寸在钢板上定出各个模板顶口及底口线的位置，并使用气割将模板切割至距离设计边2mm 左右的位置，然后使用砂轮将模板顶口与底口打磨到位。

3.4 模板的验收

清理出8m×15m 的地坪对模板进行检查：单块模板的弦长不得大于2mm、拼装后的弦长不得大于3mm，并派专人对模板进行校正，拼装使用前满足精度要求。

4 结 语

本文详细阐述了高速环道缓和曲线模板纵向和横向的划分，以及模板的制作、加工和验收，保证了模板的定位要求。此外， 本文还介绍了模板的装定过程和怎样提高定位精度和效率，为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,钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2011.

[2]DBJ08-68-97,轻型钢结构设计规程[S].

[3]JGJ81-2002,建筑钢结构焊接技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.