钢模具长度对预应力混凝土轨枕的影响分析

王世兰

（中铁十四局集团房桥有限公司，北京102400）

1 引言

目前，我国轨枕生产多采用流水形式。生产用的模具长度长短不一，如何选择既能满足技术、质量要求，又能满足经济合理的需求，成为人们研究的热点。在张拉盒及张拉挂板等配件一定的情况下，论文选用了不同长度的模型进行了试验分析。

2 张拉的受力分析

预应力钢筋混凝土轨枕中因张拉力不均匀，张拉及放张过程中的预应力损失，产生的轨枕结构受力变化是影响轨枕受力的主要因素之一。预应力混凝土轨枕加工过程可以分为3 个阶段；第1 阶段为预应力钢筋的张拉，同时安装箍筋螺旋筋及橡胶隔板；第2 阶段为混凝土的浇筑及养护，在此阶段，由于混凝土的硬化，与钢筋产生握裹力，为混凝土提供了压应力；第3 阶段为放张及脱模，在放张过程中钢筋的预应力将引起混凝土轨枕的变形，从而使混凝土轨枕与钢模之间在沿着预应力钢筋的方向出现位移，引起承轨槽和钢模之间的作用力增大，这对轨枕挡肩极为不利，在实际中经常引起挡肩裂缝或掉块[1]。

3 锚具变形及钢筋回缩造成的预应力损失

因锚具变形及钢筋回缩造成的预应力损失采用下式进行计算[1]：

式中，a 为锚具变形及钢筋回缩，一般取2mm；l′为张拉端至锚固端的距离，mm；Es为钢筋弹性模量。

由式（1）可知，因锚具变形及钢筋回缩造成的预应力损失与张拉端至锚固端的距离成反比。因此，使用模具越长越有利于减少锚具变形及钢筋回缩造成的预应力损失。

假设放张过程中，各钢丝的受力是均匀的。不同预应力钢筋长度在放张过程中对轨枕受力的影响，单根钢筋与混凝土的接触面积为A=2πrl，σ=F/A=F/2πrl（式中，r 为钢筋半径；F为张拉力；l 为钢筋长度），F 一定，应力与钢筋长度成反比。应力越小，则产生的应变越小，越不易产生裂纹，有利于质量控制。

4 断筋时对轨枕的影响分析

模具越长，断筋次数会相应的增加，对轨枕的伤害增加。另外，模具越长，刚度不足其变形越大，易产生上拱，不利于轨枕的整体受力。

本文通过试验，研究不通长度的钢模在同种工艺（根据混凝土及模具的总质量对施工过程中振动时间及振动频率进行了调整，保证混凝土的密实度），对相同原材料及环境下的不同外观质量、静载试验及疲劳试验情况进行对比分析。

4.1 试验产品选择

目前，国内普遍使用的有砟轨枕ⅢA 型轨枕,对比试验产品为有砟轨枕新Ⅱ型轨枕，分组如表1 所示。

枕型 壳体长度/mm第一组 第二组 第三组ⅢA（试验组）新Ⅱ（对比组）5210（4×2）5010（4×2）10430（2×4）10030（2×4）13040（2×5）12540（2×5）

4.2 试验结果对比及分析

4.2.1 外观质量

检查方法及标准要求如表2 所示。

表2 轨枕外观质量检验要求

检验结果及分析如表3 和表4 所示，分析可知，不同长度的钢模对外观质量影响不明显。

4.2.2 静载试验情况

静载试验情况如表5 所示，分析可知，采用模具越短越不利于轨枕的静载试验。

4.2.3 疲劳试验情况

在不同长度模型生产的的轨枕中选择静载和外观质量均合格的产品各1 根进行疲劳强度试验，试验结果均合格。

表3 ⅢA检验结果

表4 新Ⅱ检验结果

表5 静载试验结果

5 经济合理性分析

2×4 或是2×5 的钢模生产流水线辊轮间距小，生产车间跨度要求较4×2 模型小，经济上更稳合理。

6 结论

不同长度的钢模对轨枕的外观质量及疲劳试验影响较小，但钢模较短是不利于静载试验，综合经济因素，推荐使用2×4 或2×5 的钢模。