CRTSⅡ型轨道板预应力张拉技术及配套设备

2022-09-11

1 工程概况

京沪高速铁路设计时速350km, 其全线采用CRTSⅡ型轨道板式无砟轨道技术。中铁二局集团曲阜轨道板场承担京沪高速铁路京徐段J H T J-3 (D K 4 7 4+8 0 0~DK552+804) 范围内轨道板预制, 总铺板里程为正线78公里, 按6.5m标准板折算总计约24004块轨道板。

中铁二局曲阜轨道板场在京沪高速铁路公司号召下, 通过引进、消化和吸收, 突破常规“一场三线”预制方式, 采用“一场二线”的生产方式, 每条生产线生产41块轨道板, 日最大生产量为82块。本文以长6.45m、宽2.55m、厚0.2m (图1) 的标准轨道板为例介绍“一场二线82块轨道板”的预应力筋张拉生产工艺。

2 施工准备

2.1 预应力筋张拉值计算

单线4 1块轨道板设计总张拉力为4200kN (对应每个油缸张拉力为2100kN) , Φ10mm预应力钢丝单根预应力钢丝张拉力值为68.3kN, 张拉应力为870N/mm2。预应力钢丝采用整体张拉方式, 且在台座两端同步进行, 考虑到预应力钢丝由于摩擦阻力等条件引起的应力损失, 预应力应补偿3%~6%, 设计总张拉力计算如下:

预应力钢丝伸长值计算公式:

式中:ΔL为预应力钢丝伸长值 (mm) ;

P为设计总预应力钢丝的张拉力4200000 (N) ;

L为单根预应力钢丝长度107900 (mm) ;

A为总预应力钢丝截面面积4827.75 (mm2) ;

Ep为预应力钢丝弹性模量205000 (N/mm2) ;

ΔL0为净伸长值458mm。

(1) 60根Φ1 0 m m预应力钢丝张拉力:P1=Pp1×60×100%=68.3×60×1.0=4098kN。

(2) 6根Φ5 m m预应力钢丝张拉力:P2=Pp2×6×100%=17.0×6×1.0=102kN。

(3) 设计总张拉力:P=P1+P2=4098+102=4200kN (其中补偿力值需要通过试验确认) 。

总伸长量

(1) =4 5 8m m。净伸长值:=

(2) 补偿伸长值:20mm (取4%的补偿值计算) 。

(3) 补偿后总伸长值:ΔL=ΔL0+20=457+20=4 7 8 m m。

(4) 补偿后对应的总张拉力为:

2.2 预应力筋张拉设备配置

CRTSⅡ型无砟轨道板采用整体张拉方式、先张法生产, 且单线41块轨道板张拉预应力钢筋下料长度达到107.9m, 油缸伸长量大。且张拉位移力值较大, 需要采用专业的PC操作系统进行控制。

单线41块轨道板的预应力钢筋张拉设备如表1所示。

2.2.1 钢筋定长切断机

CRTSⅡ型轨道板专用预应力筋定长切割机工作时, 当钢筋头送到离定位块60cm左右时, 钢筋在低速状态顶到定位块, 剪切装置一起向钢筋运动方向移动, 固定在定长杆上的开关撞块碰动剪切行程开关时, PLC控制器输出信号使电磁阀 (液压) 工作, 油缸动作切断钢筋;同时气动电磁阀工作, 气缸把料槽门打开, 切断的钢筋从料槽中抛出。

2.2.2 张拉油缸

液压油缸最大行程500mm, 工作油压不超过额定值31.5MPa, 活塞直径350mm, 活塞杆端部有250mm长的梯形螺纹, 配有1个环形螺母和1个100mm宽环形支承环, 保证任何位置的负荷都能转载到支承环上。油缸内装有行程测量系统和油压测力装置, 将油缸位置和油缸压力的模拟信号传给PC系统。

2.2.3 张拉泵站

张拉泵站为液压系统的动力源, 在张拉台座两侧各有一个液压泵站分别控制两侧的四个液压缸, 减少了液压管路的铺设, 而用电信号来代替, 从而降低了因长管路铺设而造成的故障率和压力损失。系统采用高性能比例阀, 由中控柜根据位移的反馈进行PID运算, 从而达到高精度的要求, 精度可控制在同侧≤2mm, 异侧≤3mm。

2.2.4 PC系统

PC系统由一台计算机以及一个监控器组成, 装在牢固的控制柜里, 操作人员可通过监控器下方的抽屉式键盘进行操作。由于设备相距较远, 控制信号将通过现场总线技术 (INTERBUS) 传输。

2.2.5 张拉横梁

张拉横梁为一个坚固的具有有孔板的钢结构, 总共有20个梳子形向上敞开的定位滑块挂在钢结构的有孔板上。

3 工艺流程

根据CRTSⅡ型轨道板的设计要求, 结合国内外成功的施工经验和板场的实际施工情况, 制定了预应力筋张拉的工艺流程, 如图2所示。

4 轨道板预应力张拉技术

轨道板的张拉是通过一台PC控制机控制软件输入张拉控制参数, 在执行过程中按照工艺控制参数 (行程、油压允许偏差) 要求进行纠偏的调节控制, 显示并储存4个千斤顶行程和压力数值, 实现液压系统张拉操作的自动控制。

4.1 预应力筋下料

4.1.1 预应力筋切割

在预应力筋定长切割机上设制切割长度 (我场Φ10mm预应力钢丝长度为107.9m, 精度为万分之二, 即21.58mm, Φ5mm钢丝长度为107.6m, 精度为万分之二, 即21.52mm) , 由钢筋定长切割机自动进行切割。预应力钢丝不得使用电焊切割。切割时, 在定长切割机的预应力钢丝滚落的一侧每隔2m放置一根方木条, 预应力钢丝切割完后要求滚落在方木条上, 以防止预应力钢丝表面磨损。

4.1.2 预应力筋长度检测

由于预应力钢丝较长 (107.9m) 且预应力钢丝精度要求达到万分之二, 为了精确测量预应力钢丝的长度, 我场在第一条生产线旁布置一根内径为Φ15mm, 长104.769m套管, 其水平度、直线度保证精度要求的工装来校核下料长度。

4.1.3 锚具的安装

为了克服外露钢筋长短不一造成对张拉的影响, 预应力钢丝外露出锚具端部的长度设为5mm, 这是为了避免预应力钢丝长度不一致造成的张拉力和张拉位移的偏差超出允许值。

4.2 预应力筋入模

将预应力钢筋下料后以6根为一组进行编束, 通过人工转运至钢模内, 转运的过程中不能对预应力钢丝进行拖拉, 以防止钢丝表层发生磨损。通过专人将每根定位预应力钢丝安装在横梁对应的定位滑块锚固孔上, 通过多功能平车梳理预应力钢筋。

4.3 预应力筋张拉

预应力筋张拉。

张拉分两个阶段:初张拉和终张拉。在张拉前, 再次检查模型内钢筋、预埋件数量和位置是否满足产品施工图要求, 若发现问题必须重新调整、安装。

初张拉:启动自动张拉系统, 千斤顶按事先设定好位移量顶出, 即将预应力钢丝张拉至约设计值的20% (876.87kN) 。四个油缸张拉前, 应首先设置四个油缸的伸长量。先在PC机上输入四个张拉油缸的伸长量, 当PC机上显示的伸长值与理论值不相符时, 手动将其调整为同步。然后启动张拉油缸按纽, 四个油缸开始进行同步张拉。张拉时, 操作人员应密切关注四个油缸的实际伸长量和张拉力, 当四个油缸的伸长量始终保持同端千斤顶活塞伸长值间偏差不大于2mm, 异端千斤顶活塞伸长值间偏差不大于4mm时, 可继续进行张拉作业, 如与上述情况不相符时, 应将四个油缸的张拉动作同时停止, 并在PC机上手动微调四个张拉油缸至四个油缸的伸长量偏差在规定范围内。达到要求后停止手动张拉, 再次启动自动张拉系统将四个油缸同步张拉。当张拉至规定伸长值时, 操作人员检测四个油缸的实际张拉力读数, 若实际张拉力低于设计值且偏差超过5%时, 应进行补偿张拉直至达到与设计值偏差不大于5%[2]。

终张拉:将预应力钢丝从设计值的20%张拉至设计值, 总预应力值为4384.35kN。预应力钢丝采取同步张拉, 终张拉方法与初张拉相同。终张拉完成后查看单根预应力均匀检测仪表读数是否达到68.3kN (偏差不大于15%) 。张拉结束后, 立即将张拉油缸定位套安装在油缸上, 旋转环形螺母的位置, 将环形螺母压紧环形支承垫坂使液压缸止动并卸压。实际总张拉力、预应力钢丝伸长值与设计额定值偏差不大于5%, 实际单根预应力钢丝的张拉力与设计额定值偏在张拉过程中, 始终保持同端千斤顶活塞伸长值间偏差不大于2mm, 异端千斤顶活塞伸长值间偏差不大于4mm, 如发现偏差大于允许值, 应在PC机上微调以补偿伸长值, 直到伸长值偏差在允许范围内。在张拉过程中, 台座上4个千斤顶的活塞位移量、张拉力值自动在PC控制机上显示, 通过计算得出预应力钢丝总张拉力、伸长值与设计额定值偏差。当偏差量>5%时, 就需要对预先设定张拉参数 (摩擦系数和补偿量) 进行修正, 然后重新进行预应力钢丝张拉, 直到满足设计要求。偏差量≤5%时, 预应力钢丝张拉工序完成, 油缸保压。

每隔1个月用预应力检测仪检测张拉台座中4根预应力钢丝的张拉力, 实际单根预应力钢丝的张拉力与设计额定值偏差不大于15%, 当偏差量>15%时, 就需要对预先设定张拉参数 (摩擦系数) 进行修正, 然后重新进行预应力钢丝张拉, 直到满足设计要求。