基于VB的设计校核软件在重载轨枕生产控制技术上的应用

王朝

（中国铁路物资工业集团有限公司，合肥230601)

基于VB的设计校核软件在重载轨枕生产控制技术上的应用

王朝

（中国铁路物资工业集团有限公司，合肥230601)

研究开发基于VB的轨枕设计校核软件，实现了轨枕设计及校核的计算机程序化。使用该软件验算分析了重载轨枕主要参数对抗裂弯矩的影响程度，重点对上保护层偏差和厚度偏差提出了控制方向和改进建议，探讨了重载轨枕优化设计意见。工程技术人员也可以使用该软件对预应力矿用轨枕、林业用短枕、矿山用大型重枕等非标预应力轨枕进行设计、验算和生产控制。

1 引言

我国自20世纪50年代开始研发、生产、铺设预应力轨枕以来，经过数十年的积累和发展，已经形成了整套的技术体系，尤其是高速铁路技术突飞猛进，处世界领先水平，受国际同行瞩目。重载和高速在国际上公认为代表着铁路货运和客运的技术发展方向。货运重载方面，现阶段我国仍以25t轴重列车为主，随着重载列车速度、轴重以及运量的增加，我国的重载铁路设计研发以及生产技术亟待快速提高，完善系统化的重载铁路技术体系建设，携客运高速铁路技术一起引领世界铁路技术的进步。

工业集团所属的轨枕公司作为铁科院的重载铁路轨枕试制基地，自2012年就参与了重枕的研制，随着设计图纸定型以及技术标准的颁布实施，生产工艺设计和质量控制技术作为完善整个技术体系建设的重要一环日益得到重视。近期国内最大规模运煤专线—蒙西到华中煤运重载铁路开工建设，对30t轴重的重枕产生批量需求，工期要求日益紧迫，为此，研究开发了一款基于VB的轨枕设计校核软件，从设计角度验算分析各参数对质量指标的影响程度，抓住重点，有效地提高重载轨枕的质量等级。

2 基于VB的轨枕设计校核软件

笔者运用长期从事轨枕生产、制造、质控、检验所积累的知识和经验，又研究学习了轨枕结构设计、工务铺设等理论和实践知识，结合《预应力混凝土轨枕设计方法》《混凝土枕》技术条件和各型轨枕设计图纸，使用VB语言开发了这款轨枕设计校核软件。

以前，在轨枕结构设计过程中，需要对荷载弯矩、设计弯矩、静载抗裂弯矩、疲劳荷载弯矩等进行大量的计算，还需绘制轨枕两个截面在不同荷载下的应力图，使得设计校核工作量大，数据繁琐，精确度低，设计效率低。现在应用VB语言编制轨枕设计校核软件,实现了轨枕设计及校核的计算机程序化,对重枕生产质量控制也有着重要的实际作用。

2.1 软件特点

Visual basic是面向对象编程的，实现所见即所得。主要采用事件驱动方式，所设计的界面更加友好。在实际生产中，可以通过软件快速计算诸如丝位、厚度、预应力损失等参数对轨枕重要指标的影响程度，从而采取针对性的措施，提高控制水平，提升重枕质量等级。

2.2 轨枕荷载弯矩计算及弯矩图绘制

在设计轴重的作用下，轨枕各截面承受的荷载弯矩，根据不同的铺设要求，分为枕中不支撑、枕中部分支撑、枕中完全支撑3种情况，软件计算时，轨下正弯矩取枕中不支撑时的弯矩，枕中负弯矩则按铺设要求取值，如II型枕按枕中部分支撑设计，III型枕和重枕按枕中完全支撑设计。

图1 程序运行界面示意图（1）

图2 程序运行界面示意图（2）

2.2.1 程序运行界面设计

在VB6.0中，利用“ChartSpace”、“Spreadsheet”、“CommandButton”等部件设计的程序运行界面如图1所示。

2.2.2 部分程序代码

2.3 静载弯矩、设计抗裂弯矩、疲劳弯矩的计算

轨枕截面以梯形截面为例，利用“ChartSpace”、“Spreadsheet”、 “CommandButton”、“OptionButton”、“PictureBox”等部件设计的程序运行界面如图2所示。

程序界面主要分为5个部分：

图3 Ⅳa型重枕结构和截面简图

图4 Ⅳa型重枕轨下截面验算数据

图5 Ⅳa型重枕枕中截面验算数据

1）混凝土参数。包括设计强度等级和脱模时强度等级等。

2）预应力钢丝参数。包括钢丝抗拉强度、总张拉力、张拉力损失、钢丝直径、钢丝位置尺寸参数等。

3）截面尺寸。截面上宽、下宽、高度等尺寸。

4）参数输出。输出换算截面的面积、惯性距、形心、偏心距、计算边缘的应力、静载抗裂弯矩、疲劳弯矩等参数。

5）不同载荷下的应力图。

2.4 验证

以IIIa型轨枕（图号专线3393，10-φ7.0配筋）为例进行复核验证，软件验算数据和TB/T 2190-2013《混凝土枕》指标要求相符，见图2。

3 利用软件对Ⅳa型重枕的设计校核

3.1 Ⅳa型重枕基本参数和结构简图

重枕基本参数见表1，结构简图见图3、图4、图5。

表1 Ⅳa型重枕基本参数表

3.2 验算Ⅳa型重枕的设计参数

按《预应力混凝土轨枕设计方法》，30 t 轴重重载轨枕的设计垂直动压力为185 kN，在设计中考虑横向荷载的影响，确定轨下截面正弯矩设计值为22.21 kN·m，中间截面负弯矩设计值为－21.25kN·m。经过软件验算，Ⅳa型重枕轨下截面承载弯矩为29.89 kN·m，枕中截面承载弯矩为-25.81 kN·m，设计的富余量较大。

4 利用软件分析参数偏差对抗裂弯矩的影响

抗裂弯矩（实际生产中使用静载抗裂值）检验是否合格是轨枕合格出厂最为重要的指标，是关键的否决项。在重载轨枕的技术要求中，对诸如混凝土强度、钢筋丝位（上保护层）、截面高度、长度、顶面宽等参数给出了公差要求，又分重要程度划分出了A、B、C等项目，各项目又按不同的单项合格率进行控制。例如，钢筋的丝位控制公差为±3mm，属B类项，项点合格率控制为90%。在实际生产中常遇到诸如：控制正偏差有利于抗裂弯矩，还是负偏差有利；该参数的影响程度如何？有无必要将项点合格率提高到95%以上等问题。通过软件进行分析后就很容易找到答案。

4.1 厚度偏差对静载抗裂值的影响

Ⅳa型枕厚度偏差为+5mm，-3mm。通过软件计算得出Ⅳa型枕枕中在标准厚度尺寸（零偏差）时的静载抗裂值为187.22 kN，在+5尺寸偏差时的静载抗裂值为200.52 kN，在-3尺寸偏差时的静载抗裂值为179.28kN。

Ⅳa型枕轨下在标准厚度尺寸（零偏差）时的静载抗裂值为227.19 kN，在+5尺寸偏差时的静载抗裂值为225.5 kN，在-3尺寸偏差时的静载抗裂值为228.27kN。

枕中极差为21.24 kN,相比标准值最大偏离7%；轨下极差为2.77 kN，相比标准值最大偏离0.7%。由计算结果可得出，厚度偏差对轨枕枕中截面的弯矩影响较大，正偏差有利于枕中截面静载抗裂值。

4.2 上保护层偏差对静载抗裂值的影响

Ⅳa型枕上保护层偏差为±3mm。通过软件计算得出Ⅳa型枕枕中在上保护层标准尺寸（零偏差）时的静载抗裂值为187.22 kN，在+3尺寸偏差时的静载抗裂值为177.97 kN，在-3尺寸偏差时的静载抗裂值为196.5kN。

Ⅳa型枕轨下在上保护层标准尺寸（零偏差）时的静载抗裂值为227.19 kN，在+3尺寸偏差时的静载抗裂值为237.11 kN，在-3尺寸偏差时的静载抗裂值为217.31kN。

枕中极差为18.53 kN,相比标准值最大偏离4.9%；轨下极差为19.8 kN，相比标准值最大偏离4.4%。由计算结果可得出，上保护层偏差对轨枕枕中和轨下截面的弯矩都存在着较大的影响。

4.3 总张拉力偏差对静载抗裂值的影响

Ⅳa型枕枕中截面在±5kN的张拉极限偏差时，静载抗裂值分别为188.53 kN和185.9 kN，极差为2.63kN，对静载值影响较小。

Ⅳa型枕轨下截面在±5kN的张拉极限偏差时，静载抗裂值分别为228.5 kN和225.88kN，极差为2.62 kN，对静载值影响较小。

同样道理，可以使用该软件快速计算其他如混凝土强度、钢筋直径、截面尺寸等参数变化对静载抗裂值的影响，并对敏感程度进行分析。

5 结论

本文应用VB语言编制轨枕设计校核软件,实现了轨枕设计及校核的计算机程序化, 通过快速计算Ⅳa型枕轨下和枕中截面的厚度、上保护层、总张拉力等参数变化，研究了这些参数的偏差对重枕关键指标的影响，主要结论如下：

1) 通过IIIa型轨枕进行的复核验证，证明按照《预应力混凝土轨枕设计方法》所编制的轨枕校核软件原理正确，计算数据具有一定的实际参考价值。

2) 由计算结果可得出，Ⅳa型重枕的上保护层偏差对枕中和轨下截面的弯矩都存在着较大的影响。在日常的生产工艺控制中，需针对钢筋丝位特殊控制，宜将控制偏差由±3mm加严到±1.5mm。

3)重枕的厚度偏差对枕中截面的负弯矩影响较大，比较敏感。在日常的生产工艺控制中，需针对枕中厚度指标进行微正向偏差调整。

4)该软件除对标准设计轨枕的生产控制技术有重要指导作用外，工程技术人员也可以使用该软件对预应力矿用轨枕、林业用短枕、矿山用大型重枕等非标准预应力轨枕进行设计和验算。

[1] 范佳，林之珉. II型预应力轨枕改进结构的研究[J].铁道标准设计，1999(11).

[2] 白玲，汪加蔚. 预应力混凝土轨枕的设计计算[J].混凝土与水泥制品，2009(1).

[3] TB/T2190 混凝土枕、TB/T1878预应力混凝土枕疲劳试验方法、TB/T1879预应力混凝土枕静载抗裂试验方法[S].

[4] 尤瑞林,范佳,杜香刚. 重载铁路有砟轨道用弹性轨枕枕下垫层静刚度试验方法研究[J].铁道建筑, 2014（11）.

[5] 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所．TY-083 预应力混凝土轨枕设计方法［R］北京: 中国铁道科学研究院,1994.

The research and developm ent based on VB sleeper checking so ftw are design, realized the sleeper design and checking of computer programm ing. Use the software calculation analysis of the main parameters against overloading sleeper to crack the influence degree of bending mom ent, deviation and focus on the protection layer thickness deviation contro l direction and improvement Suggestions are put forw ard, and discusses the overloading sleeper optim ization design. Engineers can also use the software of prestressed sleeper, forestry for m ine use short w ith large heavy pillow pillow, m ines and other non-standard design, and checking calculation of prestressed sleeper and production control.

重载轨枕；校核软件；生产控制技术

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王朝（1971年-），男，高级工程师，从事产品开发工作，电子邮箱：993156161@ qq.com