CRTS Ⅲ型先张法预应力轨道板流水机组法生产工艺 预应力筋张拉力锁紧方式研究

王 梦,王继军，赵 勇，施 成，宁 娜

(中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081)

双向先张预应力轨道板是我国自主研发的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道中轨道板的主要形式。为积极稳妥地推进双向先张轨道板的规模化工程应用，我国前期采用了模板不受力的台座法生产工艺，以保证轨道板承轨部位的制造精度，并广泛应用于京沈、郑徐、商合杭、昌赣等多条高速铁路，有效保证了轨道板的制造质量[1-7]。为进一步降低建场成本，提高轨道板生产的机械化程度，实现关键工装设备的可重复利用，我国近期研发了流水机组法生产工艺[8]。

施加预应力是双向先张预应力轨道板制造的关键工序，文献[9]对预应力筋的张拉方式进行了系统研究，提出了轨道板纵横向预应力筋宜采用单根同步张拉方式，可实现流水机组法制造中预应力筋张拉的高精度和高效率，但张拉力锁紧过程控制不严格将导致均匀性损失。为保证轨道板预应力筋张拉力的锁紧效果，本文对其锁紧方式进行研究。

1 锁紧方式技术特点分析

结合CRTS Ⅲ型先张法预应力混凝土轨道板流水机组法生产工艺中模板及预应力筋张拉方式等的技术特点，初步提出了插入楔块顶紧、皮带摩擦旋紧和螺母机械拧紧3种预应力筋张拉力锁紧方式。

1.1 插入楔块顶紧方式

在轨道板模板张拉端对应预应力筋处设置具有一定锥度的固定楔块。预应力筋张拉完成后，锁紧螺母和固定楔块之间形成空隙，插入与固定楔块具有相同锥度、方向相反的滑动楔块并顶紧，实现预应力筋张拉力锁紧，见图1。

图1 插入楔块顶紧方式

该方式主要优点：①结构简单，造价低；②故障率低，运行可靠；③固定楔块、滑动楔块、张拉杆等可快速更换，维护简便。

主要缺点：①钢筋骨架入模时需人工安装滑动楔块，自动化程度低；②滑动楔块插入深度易受作用力、界面清洁程度、部件锈蚀程度等影响；③需设置人工复检，以确认锁紧效果。

1.2 皮带摩擦旋紧方式

轨道板预应力筋张拉完成后，张拉端锁紧螺母和模板之间形成空隙，由控制器驱动皮带旋转，通过皮带与锁紧螺母之间的摩擦带动螺母向模板旋进，实现张拉力锁紧，见图2。

图2 皮带摩擦旋紧方式

该方式主要优点：①结构相对简单，造价较低；②锁紧装置由独立电机、皮带等组成，拆装便捷，易于维修。

主要缺点：①皮带为易损部件，规模化生产过程中需频繁更换，如张拉过程中断裂则需返工再次张拉；②皮带与锁紧螺母之间的摩擦力易受皮带表面状态、锁紧螺母表面清洁度等的影响，需人工复检锁紧效果。

1.3 螺母机械拧紧方式

轨道板预应力筋张拉设备中，对应每根预应力筋设置一个液压扭矩马达，预应力筋张拉完成后，通过液压马达旋拧锁紧螺母的方式消除螺母和模板之间的空隙，实现张拉力锁紧，见图3。

图3 螺母机械拧紧方式

该方式主要优点：①采用液压扭矩马达拧紧螺母，力值可控，易于保证锁紧效果和均匀性；②性能稳定，运行可靠，不需人工干预。

主要缺点：①对应每根预应力筋均需设置张拉机构和锁紧马达，结构相对复杂；②油路和控制机构较多，造价相对较高；③受限于轨道板纵向上下层预应力筋间距，维修难度略大。

1.4 3种锁紧方式的对比分析

由3种锁紧方式技术特点分析可知：插入楔块顶紧和皮带摩擦旋紧2种方式结构简单，价格相对较低，但锁紧效果易受部件状态的影响；螺母机械拧紧方式锁紧效果易于保证，但设备较为复杂，价格相对较高。

为在保证锁紧效果的前提下降低设备投入，有必要进行不同锁紧效果方式的对比试验，以确定综合性能最优的锁紧方式。

2 不同锁紧方式对比试验

为验证3种锁紧方式的效果，在预应力筋锁紧完成后，进行有效张拉力测试，单根预应力筋张拉力控制值为80 kN。

2.1 插入楔块顶紧方式

预应力筋采用单根张拉、插入楔块方式锁紧后，200个实测有效张拉力统计结果见表1、图4。

表1 插入楔块顶紧方式有效张拉力统计 kN

图4 插入楔块顶紧方式有效张拉力统计结果

由表1、图4可知：①有效张拉力主要分布在78～82 kN，占测点总数的87.1%；均值为79.97 kN，与张拉力控制值偏差0.04%。②有效张拉力最大值为84.90 kN，最小值为76.20 kN，与张拉力控制值偏差分别为6.1%，-4.8%；有效张拉力均方差为1.67 kN，具有一定离散性。

2.2 皮带摩擦旋紧方式

预应力筋采用单根张拉、皮带摩擦方式锁紧后，200个实测有效张拉力统计结果见表2、图5。

表2 皮带摩擦旋紧方式有效张拉力统计 kN

图5 皮带摩擦旋紧方式有效张拉力统计结果

由表2、图5可知：①有效张拉力主要分布在77～82 kN，占测点总数的93.4%；均值为79.31 kN，与张拉力控制值偏差0.87%。②有效张拉力最大值为83.30 kN，最小值为74.80 kN，与张拉力控制值偏差分别为4.1%，-6.5%；有效张拉力均方差为1.65 kN，数据离散性较大。

2.3 螺母机械拧紧方式

预应力筋采用单根张拉、螺母机械拧紧方式锁紧后，200个实测有效张拉力统计结果见表3、图6。

表3 螺母机械拧紧方式有效张拉力统计 kN

图6 螺母机械拧紧方式有效张拉力统计结果

由表3、图6可知：①有效张拉力主要分布在79～81 kN之间，占测点总数的94.4%；均值为80.05 kN，与张拉力控制值偏差0.06%。②有效张拉力最大值为82.50 kN，最小值为77.50 kN，与张拉力控制值偏差分别为3.1%，-3.1%；有效张拉力均方差为0.82 kN，数据离散性较小。

2.4 对比分析

对比轨道板预应力筋张拉力3种锁紧方式的测试结果，可知：

1)插入楔块顶紧方式为了保证固定楔块和滑动楔块接触面密贴，必须保证足够的压紧力，实测张拉力大于张拉力控制值的比例相对较大，实测最大正偏差为6.1%；皮带摩擦旋紧方式易受油污、皮带表面粗糙度、锁紧螺母与模板间夹渣等因素影响，导致锁紧力不足，实测张拉力小于张拉力控制值的比例相对较大，实测最大负偏差为-6.5%；螺母机械拧紧方式锁紧力由扭矩控制，锁紧力稳定可控，并通过机械咬合直接作用于锁紧螺母，实测最大正负偏差分别为3.1%，-3.1%，偏差相对较小。

2)插入楔块顶紧、皮带摩擦旋紧和螺母机械拧紧3种方式预应力筋有效张拉力平均值分别为79.97，79.31，80.05 kN，说明3种方式均可保证轨道板的总张拉力；其对应均方差分别为1.67，1.65，0.82 kN，螺母机械拧紧方式有效张拉力均方差明显小于插入楔块顶紧和皮带摩擦旋紧方式，张拉力值离散性小，更有利于预应力筋张拉力的均匀性，减小由于预应力偏心产生翘曲变形的可能性。

3 结论

通过对CRTSⅢ型先张法预应力轨道板流水机组生产工艺预应力筋张拉力不同锁紧方式的技术特点分析及对比试验，可得到如下结论：

1)插入楔块顶紧和皮带摩擦旋紧2种方式锁紧效果易受表面清洁程度、部件锈蚀等因素影响，预应力筋有效张拉力离散性较大。

2)螺母机械拧紧方式锁紧力稳定可控，预应力筋有效张拉力离散性小，更有利于预应力筋张拉力的均匀性。因此，预应力筋张拉力宜采用螺母机械拧紧方式进行锁紧。

目前，TJ/GW 156—2017《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板暂行技术要求(流水机组法)》仅对预应力筋的张拉方式进行了规定，并未对张拉力的锁紧方式提出明确要求，本文研究成果可为CRTSⅢ型先张法预应力轨道板技术进步和标准的进一步完善提供支撑。