1、文章编号:()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:陈浩()男北京人高级工程师主要从事高铁施工技术方面的工作:.引文格式:陈浩朱尔玉蔡文超 等.超厚底座板与超厚自密实混凝土层配筋优化方式研究.铁道建筑技术():.超厚底座板与超厚自密实混凝土层配筋优化方式研究陈 浩 朱尔玉 蔡文超 王 茜(.中铁十四局集团房桥有限公司 北京 .北京交通大学 北京)摘 要:在板式无砟轨道施工过程中为保证轨道高程与设计高程一致底座板与自密实混凝土层厚度需增加致使底座板与自密实混凝土层配筋率减小导致超厚底座板及自密实混凝土层出现裂缝影响列车行驶安全 为满足超厚底座板和自密实混凝土层受力要求研究底座板厚
2、度偏差在 、自密实混凝土层厚度在 范围内的受力规律并分析总结不同厚度底座板和自密实混凝土层配筋规律 结果表明:底座板厚度偏差大于 时厚度每增加 其上下层各增加 根 的 纵向钢筋底座板厚度偏差小于 时无需增加配筋 自密实混凝土层厚度在 时下层钢筋直径由 变更为(钢筋)厚度在 之间时建议进行双层钢筋网片优化设计 本文结果可以指导 型轨道底座板和自密实混凝土层在超厚情况下的配筋设计关键词:高速铁路 配筋规律 理论分析 数值计算 超厚底座板 超厚自密实混凝土层中图分类号:.文献标识码:./.(.):.().:概述高速铁路 板式无砟轨道是我国自主研发的新型无砟轨道系统在我国多条高铁线路上成功应用 然而在
3、京唐高铁施工过程中出现底座板、自密实混凝土层厚度超限问题 由于底座板、自密实混凝土层超厚使得其配筋率不足导致底座板、自密实混凝土层开裂影响列车行驶安全 针对轨道板受力问题诸多专家学者对其超常规配筋问题进行了详细的研究 雷鹏飞通过有限元数值模拟方法研究了不铁道建筑技术 ()陈浩 等:超厚底座板与超厚自密实混凝土层配筋优化方式研究同荷载下层间松散、紧密及接触单元连接下 型板式无砟轨道 路基系统的力学特性 张鹏飞、赵磊等 对高铁桥梁上/板式无砟轨道温度分布进行了研究 吴斌、刘晓春等 通过试验研究荷载作用下 型板式无砟轨道的力学性能以及疲劳性能 肖威、崔旭浩 针对路基不均匀沉降引起无砟轨道受力和变形进
4、行了研究 本文针对京唐铁路底座板及自密实混凝土层超厚问题进行受力分析提出超厚底座板以及超厚自密实混凝土层的配筋规律 型板式无砟轨道结构基本参数型板式无砟轨道由钢轨、弹性扣件、轨道板、自密实混凝土层、隔离层以及具有限位结构的钢筋混凝土底座等部分组成横断面如图 所示图 轨道结构设计断面(单位:)底座板厚度超限配筋规律底座板因梁面高程施工误差特别是连续梁地段梁面高程控制偏差较大导致底座板厚度超限 直线段底座板设计厚度 局部底座板厚度偏差 本文主要研究局部超厚 底座板的受力及配筋情况.底座板所受荷载.列车荷载根据高速铁路设计规范()列车荷载取值如下:()竖向设计荷载()式中:动载系数对于设计 /及以上
5、线路取 设计 /线路取.静轮载()竖向疲劳检算荷载.()列车荷载取值如下:时速 时静轮载为 竖向设计荷载为 竖向疲劳检算荷载为.温度作用温度梯度引起的应力及弯矩:()()式中:为最大翘曲应力 为温度梯度产生的弯矩为混凝土弹性模量为混凝土线膨胀系数一般取为温度梯度板厚修正系数温度梯度 为板厚 为计算宽度.挠度作用()桥梁变形取值根据高速铁路设计规范()规定桥梁挠曲变形取值为/()桥上挠度变形的影响计算由于桥梁结构的特殊性桥面支承刚度较大可采用刚性基础方法进行计算 在列车荷载作用下底座板将发生与基础相同的变形在此情况下底座板在基础变形作用下的弯矩为:()式中:为基础变形引起底座板内的附加弯矩 为底
6、座板抗弯刚度为基础变形的最大曲率桥梁挠曲形状假设为半波余弦型曲面:()式中:桥梁跨中挠度根据桥梁挠跨比限值确定 桥梁跨度最大曲率:.荷载组合()主力组合:列车竖向设计荷载 温度作用用于强度和裂纹检算()主力组合:列车竖向疲劳检算荷载 温度作用 桥梁挠曲用于强度和裂纹检算.计算模型.列车荷载作用下受力计算模型列车荷载作用下 型板式无砟轨道结构受力采用“梁 板 板理论”有限元模型进行计算分析 为消除边界影响模型选取三块轨道板进行计算以中间轨道板为研究对象 计算时荷载按作用于板端和板中两种情况考虑结果取较大值 计算采用模型如图 所示图 “梁 板 板”有限元分析模型铁道建筑技术 ()陈浩 等:超厚底座
7、板与超厚自密实混凝土层配筋优化方式研究.材料参数及取值计算模型的材料参数按表 选取表 材料参数及尺寸强度弹性模量/泊松比线膨胀系数/尺寸/轨道板混凝土.自密实混凝土.底座板混凝土.钢筋.钢筋.扣件动刚度按.倍静刚度即 /取值底座板混凝土厚度偏差分别取 、和 桥上支承面刚度按 /取值.计算结果.底座板受力结果底座板计算结果如图 图 所示图 底座板组合 纵向弯矩图 底座板组合 横向弯矩图 底座板组合 纵向弯矩图 底座板组合 横向弯矩.底座板配筋结果采用热轧带肋钢筋按.控制裂纹并满足最小配筋率要求 底座板厚度偏差为负值时底座板设计弯矩减小配筋满足要求钢筋采用 直径为 故仅计算厚度偏差 工况下底座板的
8、配筋情况结果如表 所示表 底座板不同偏差厚度的配筋厚度偏差/位置钢筋间距/拟配钢筋根数纵向顶面(.)纵向底面(.)纵向顶面(.)纵向底面(.)纵向顶面(.)纵向底面(.)纵向顶面(.)纵向底面(.)纵向顶面(.)纵向底面(.)纵向顶面(.)纵向底面(.).底座板配筋规律总结梁面高程大于设计地段原则上应通过打磨底座板范围梁面进行处理尽可能满足底座板厚度验标要求 打磨梁面不能解决超限问题时通过减薄底座板厚度进行处理型板底座板最大减薄量不得大于()当底座板厚度偏差为 时建议底座板上下层分别增加 根直径 的 纵向钢筋并在底座板两侧两层网片各增加一根直径 的 纵向钢筋()当底座板厚度偏差为 时底座板上下
9、层分别增加 根直径 的 纵向钢筋并在底座板两侧两层网片各增加一根直径 的 纵向钢筋()当底座板厚度偏差为 时根据计算结果钢筋截面相较于原配筋设计增加较少按原配筋量即可满足设计要求建议保持原配筋量不变 适当调整架立筋高度以满足混凝土净保护层厚度要求()对于桥梁顶面高程较设计高程高出量不大于 的地段保持底座板以上结构层高度不变底座板厚度相应减薄 底座板凹槽及配筋量按正常设计保持不变底座板下层钢筋网片的保护层厚度由原设计的 调整为 同时对于凹槽及凹槽边缘向外 范围内的底座板下层钢筋网片进行防锈处理通过对底座板进行受力分析可知底座板弯矩随底板厚度增加而增加且呈线性变化 超厚自密实混凝土层配筋方案.基本
10、情况型板式无砟轨道因底座板施工误差局部铁道建筑技术 ()陈浩 等:超厚底座板与超厚自密实混凝土层配筋优化方式研究不平整导致自密实混凝土层过薄或超厚 设计 厚度当自密实混凝土层厚度为 或 在自密实混凝土灌注正常条件下一般不做特殊处理 本文研究厚度 的自密实混凝土层的配筋规律.自密实混凝土层超厚板计算结果.计算模型计算模型参考.节.自密实混凝土层受力结果将自密实混凝土层和轨道板看为复合板自密实混凝土层在正负弯矩作用下分别处于受拉区和受压区桥梁地段自密实混凝土层设计弯矩如图 图 所示图 自密实砼层组合 纵向弯矩图 自密实砼层组合 横向弯矩图 自密实砼层组合 纵向弯矩图 自密实砼层组合 横向弯矩.自密
11、实混凝土层配筋结果按结构受力进行配筋计算结果如表 所示 采用热轧带肋钢筋 钢筋直径为 按.控制裂纹并满足最小配筋率要求表 不同厚度的自密实混凝土层配筋情况厚度/位置钢筋间距/拟配钢筋根数纵向(.)横向()纵向(.)横向()按表 配筋纵向最大弯矩作用下混凝土裂纹宽度为.横向最大弯矩作用下混凝土裂纹宽度为.满足要求 自密实混凝土层配筋横断面如图 所示图 自密实混凝土层配筋横断面.自密实混凝土层配筋规律总结()当自密实混凝土层厚度为 建议进行自密实钢筋加强方案:钢筋直径由 调整为 (级钢筋)纵横向钢筋布置间距与原设计一致方案:采用 钢筋焊网横纵向增加直径 变为双筋等截面代换 为加强轨道板与自密实混凝
12、土层的连接门型钢筋内侧增加 根直径 钢筋并与下层钢筋绑扎()当自密实混凝土层厚度在 建议设置双层钢筋网片 为加强轨道板与自密实混凝土层的连接自密实混凝土层上层钢筋配置直径 钢筋下层钢筋由直径 调整为 (钢筋)纵横向钢筋布置间距与原设计一致 结论通过对 型轨道板下的超厚底座板与超厚自密实混凝土层的受力分析得到不同厚度底座板和自密实混凝土层的弯矩大小并进行配筋优化设计()底座板厚度偏差大于 时厚度每增加 底座板上下层分别增加 根直径 的(下转第 页)铁道建筑技术 ()崔野:基于反演分析的大体积混凝土电梯井基础温控研究合的方式进行数值模拟计算参数优化 在此基础上对不同环境条件下的大体积电梯井基础混凝
13、土结构水化热控制数值开展模拟试验结合实际施工计划流程进行相应的施工技术手段控制 通过现场监测结果进行反演分析所得出的数值模拟计算参数能够全面反映混凝土温升特性、施工环境、保温措施等因素影响能够更加准确地实现温度应力场的模拟 采用反演分析结果进行施工过程模拟增加了温度应力场模拟的准确性使得保温养护措施方案更具针对性 在电梯井基础部位设置保温层结构表面散热速度趋缓导致热能累积这在一定程度上造成混凝土中心峰值温度增大但小于规定值 保温层的设置使得结构中心层至表层温差大幅降低致使温度裂缝得以消失参考文献 .()():.():.张文博赵双权毛明杰等.大体积粉煤灰混凝土水化热分析研究.混凝土():.史巍张
14、雄.相变储能大体积混凝土的控温性能.同济大学学报(自然科学版)():.刘毅辛建达张国新等.大体积混凝土温控防裂智能监控技术.硅酸盐学报():.刘德宝黄鑫毛意军等.大体积机制砂混凝土水化升温数值分析.低温建筑技术():.耿鸣山林尔姬吕建兵等.大体积混凝土承台的水化热分析及温控研究.混凝土():.():.韩伟华.桥台基础大体积混凝土温缩裂缝控制探究.中国公路():.徐超.成都地区复合地层盾构上跨既有隧道的掘进参数优化研究.西安:西安建筑科技大学.赵云波.无缝连续浇筑大体积混凝土温度控制及应变分析.西安:西安建筑科技大学.吕志军.长大 段混凝土水化热分析与控制.铁道建筑技术():.范思婷刘干斌黄力等
15、.轨道交通运行引起的隧道结构振动测试研究.土木工程学报():.迟培云钱强高昆等.大体积混凝土开裂的起因及防裂措施.混凝土():.(上接第 页)纵向钢筋 同时在底座板两侧两层网片各增加 根直径 的 纵向钢筋()对于厚度偏差不超过 的底座板不需增加配筋()当自密实混凝土层厚度不超过 时无需要增加配筋当厚度在 时下层钢筋直径由 变更为 (级钢筋)间距不变 或者钢筋直径不变由单层钢筋变更为双层钢筋进行增强且在门型钢筋内侧增加 根直径 的 钢筋并与下层钢筋绑扎()当自密实混凝土层厚度在 之间时建议设置双层钢筋网片进行加强上层钢筋为 的 级钢筋下层钢筋为 的 级钢筋 纵横向钢筋布置间距与原设计一致参考文献
16、 张义理李浩宇.型先张轨道板预制技术优化分析.铁道建筑技术():.全毅刘学毅杨荣山.型板式轨道层间离缝下门型筋合理布置研究.铁道科学与工程学报():.曾志平朱坤腾余志武等.一种抑制 型轨道板离缝的门型筋加密方案.铁道工程学报():.雷鹏飞.层间连接对 型板式无砟轨道 路基系统力学特性的影响研究.工程建设与设计():.张鹏飞涂建桂昊等.温梯荷载下桥上 型板式无砟轨道的力学特性.西南交通大学学报():.赵磊周凌宇余志武等.冬季高速铁路桥上 型板式无砟轨道温度分布试验.中南大学学报(自然科学版)():.赵磊周凌宇张营营等.高温季节桥上 型板式无砟轨道温度分布试验研究.铁道科学与工程学报():.刘伟斌王继军杨全亮等.高速铁路 型板式无砟轨道温度梯度试验研究.铁道建筑():.吴斌朱坤腾曾志平等.列车荷载作用下 型板式无砟轨道力学特性试验研究.铁道科学与工程学报():.陈小平曹洋赵卫华.轨道板损伤对桥上 型板式无砟轨道力学特性的影响.福州大学学报(自然科学版)():.刘晓春余志武金城等.型板式无砟轨道复合板横向弯曲试验研究.铁道学报():.刘晓春金城余志武等.型板式无砟轨道横向弯曲疲劳试验.西南交
