羅麗軍

【摘? 要】論文根據(jù)“貴南鐵路（廣西段）河池軌枕場(chǎng)”雙塊式軌枕智能生產(chǎn)線脫模臺(tái)的設(shè)計(jì)思路，通過(guò)對(duì)重力慣性式脫模臺(tái)進(jìn)行受力分析、荷載計(jì)算、配筋計(jì)算，對(duì)重力慣性式脫模臺(tái)作出了深度解析。根據(jù)“貴南鐵路（廣西段）河池軌枕場(chǎng)”的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，此脫模方式有效提高了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品外觀質(zhì)量和產(chǎn)品合格率，使產(chǎn)品充分滿足TB/T 3397—2015《CRTS雙塊式無(wú)砟軌道混凝土軌枕》的相關(guān)質(zhì)量要求。雙塊式重力慣性式脫模臺(tái)滿足大產(chǎn)量軌枕預(yù)制生產(chǎn)的需求，有效提高了產(chǎn)品合格率，有利于為類似鐵路建設(shè)工程提供借鑒。

【Abstract】According to the design idea of the stripper table of the bi-block sleeper intelligent production line of "Guizhou-Nanning Railway （Guangxi Section） Hechi Sleeper Yard"， this paper provides an in-depth analysis of the gravity inertia stripper table through the force analysis， load calculation， and reinforcement calculation of the gravity inertial stripper table. According to the production experience of "Guizhou-Nanning Railway （Guangxi Section） Hechi Sleeper Yard"， this stripper method effectively improves the production efficiency， product appearance quality and product qualification rate， so that the products fully meet the relevant quality requirements of TB/T 3397—2015 "Bi-Block Concrete Sleeper for CRTS Ballastless Track". The bi-block gravity inertia stripper table meets the production demand of high-yield sleeper prefabrication and effectively improves the product qualification rate， and is conducive to providing a reference for similar railway construction projects.

【關(guān)鍵詞】CRTSⅠ雙塊式軌枕;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);預(yù)制生產(chǎn);脫模臺(tái)

【Keywords】CRTS I bi-block sleeper; structural design; prefabrication production; stripper table

【中圖分類號(hào)】U213.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2022）01-0194-03

1 工程概況

為提高鐵路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的舒適性及安全性，我國(guó)高速鐵路的軌道結(jié)構(gòu)主要采用無(wú)砟軌道的結(jié)構(gòu)模式[1]。貴陽(yáng)至南寧高速鐵路，簡(jiǎn)稱貴南高鐵，工程位于貴州省東南部和廣西壯族自治區(qū)西北部，北起黔桂省區(qū)界，經(jīng)廣西壯族自治區(qū)的環(huán)江、金城江、都安、馬山、武鳴等地，止于南寧市，新建正線全長(zhǎng)279.747km，橋隧比為90.4%，全部采用CRTSⅠ型雙塊式軌枕，總?cè)蝿?wù)88.9萬(wàn)根。

2015年，由云南工程建設(shè)總承包公司承建的路起自彌勒，經(jīng)開遠(yuǎn)，終至蒙自的鐵路軌枕預(yù)制，采用的脫模方式在吊具輔助作用下，行車用力經(jīng)輔助吊具豎向起吊[2]。河池軌枕場(chǎng)采用全自動(dòng)智能軌枕生產(chǎn)線，為最大限度提升生產(chǎn)線智能自動(dòng)化程度，軌枕生產(chǎn)線選用短模法工藝，模型采用4×1形式。短模法工藝方便靈活，節(jié)拍快。設(shè)計(jì)生產(chǎn)節(jié)拍為1模/3min。

短模法生產(chǎn)形式中最合理的脫模方式就是重量慣性法脫模，亦稱沖擊式脫模。軌枕沖擊式脫模原理主要是根據(jù)慣性原理，軌枕與模具一起做自由落體運(yùn)動(dòng)，模具受阻停止下落，軌枕由于慣性繼續(xù)下落并與模具脫離[3]。通過(guò)軌枕模型抬高后自身重量的自由落體加速度，將軌枕套管與定位錐之間的橡膠螺栓的連接力和軌枕混凝土與模板之間的連接力脫離。脫模時(shí)，模型自身重力和慣性重力全部傳遞到脫模臺(tái)基礎(chǔ)上，脫模臺(tái)自身穩(wěn)定性、剛度、強(qiáng)度以及地基承載力等都有較高要求。

2 脫模臺(tái)適用情況

隨著2021年世界人工智能大會(huì)在上海的召開，作為新一代信息技術(shù)的代表，人工智能的顛覆性色彩已經(jīng)顯現(xiàn)[4]。河池軌枕場(chǎng)順應(yīng)國(guó)內(nèi)發(fā)展形勢(shì)，采用全智能軌枕預(yù)制流水生產(chǎn)線，為適應(yīng)軌枕生產(chǎn)效率，對(duì)生產(chǎn)線各個(gè)工藝、設(shè)備、廠房基礎(chǔ)進(jìn)行深度研究。在此基礎(chǔ)上，軌枕脫模臺(tái)成為生產(chǎn)線的重中之重，智能軌枕脫模系統(tǒng)亦采用重力式脫模方式，除智能設(shè)備外，脫?；A(chǔ)在生產(chǎn)線中也起到至關(guān)重要的作用?；A(chǔ)設(shè)計(jì)間接影響了軌枕的脫模成效以及軌枕成品質(zhì)量，根據(jù)智能軌枕脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)脫模臺(tái)基礎(chǔ)，同時(shí)，該設(shè)計(jì)也符合各種重力式脫模方式。

我國(guó)傳統(tǒng)脫模工藝在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%進(jìn)行脫模，可簡(jiǎn)稱為“干脫法”，在CRTSⅠ型雙塊式軌枕預(yù)制當(dāng)中，主要有兩種生產(chǎn)形式，分別是4×1模具與2×4模具，根據(jù)模具形式，生產(chǎn)線的構(gòu)造不盡相同，均采用“干脫法”進(jìn)行脫模[5]。河池軌枕場(chǎng)短模法生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了混凝土定量澆筑、強(qiáng)頻振動(dòng)、噪聲控制三大理想目標(biāo)，改善了生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)，短模實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)流程的自動(dòng)控制和養(yǎng)護(hù)區(qū)作業(yè)的全程自動(dòng)控制，并節(jié)省軌枕“蒸養(yǎng)”耗能量[6]。重力慣性式脫模方式在軌枕生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，主要在4×1模具形式生產(chǎn)線中出現(xiàn)，脫模方式簡(jiǎn)便迅速有效，滿足4×1模具形式生產(chǎn)線的快速生產(chǎn)需求。

雙塊式軌枕脫模過(guò)程中阻力大，主要表現(xiàn)為軌枕不能靠自重自行脫落。脫模過(guò)程實(shí)際是使軌枕由倒梯形放置狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)檎菪畏胖脿顟B(tài)，使軌枕下落的作用力僅是自重力，其必須克服各種阻力，否則脫模困難。

3 脫模臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

河池軌枕場(chǎng)88.9萬(wàn)根軌枕在生產(chǎn)預(yù)制過(guò)程中，需要脫模222 250次（每1模4根軌枕），脫模臺(tái)需要受到110萬(wàn)次以上的重載沖擊。在如此高強(qiáng)度沖擊的過(guò)程中，脫模臺(tái)下沉不宜超過(guò)8mm，側(cè)傾角不能大于1°，脫模臺(tái)自身不應(yīng)開裂、變形。在設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中，要考慮地基承載力，避免過(guò)量下沉或側(cè)傾，還要考慮脫模臺(tái)在高強(qiáng)度抗沖擊過(guò)程中不開裂、不變形，確保全軌枕場(chǎng)生產(chǎn)周期不出問(wèn)題。

3.2 設(shè)計(jì)方案

對(duì)于脫模臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，為確保脫模臺(tái)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，脫模臺(tái)基礎(chǔ)不出現(xiàn)開裂、變形等情況，脫模臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)4m×7m×1m立方體C30混凝土基礎(chǔ)，立柱采用1.2m×1.2m×0.03m預(yù)埋鋼板加固，基礎(chǔ)內(nèi)部鋼筋采用？椎10@200的光圓鋼筋和？椎14@200螺紋鋼筋進(jìn)行鋼筋籠綁扎，鋼筋采用5cm保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)（見(jiàn)圖1和圖2）。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)脫模臺(tái)基礎(chǔ)相關(guān)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，設(shè)計(jì)合理，能夠應(yīng)對(duì)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的各種變化情況。

3.3 脫模臺(tái)基礎(chǔ)受力檢算

根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，對(duì)基礎(chǔ)受力進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，對(duì)基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，具體如下。

3.3.1 基礎(chǔ)基本參數(shù)

①幾何參數(shù)。柱寬：bc=1 200mm。柱高：hc=1 200mm。高度：h1=1 000mm。一階長(zhǎng)度：b1=b2=3 500mm。一階寬度：a1=a2=400mm。②材料信息。基礎(chǔ)混凝土等級(jí)：C30，ft=1.43（N·mm2），fc_b=14.3（N·mm2）。柱混凝土等級(jí)：C30，ft=1.43（N·mm2），fc=14.3（N·mm2）。鋼筋級(jí)別：HPB300，fy=270（N·mm2）。③計(jì)算信息。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：γo=1.00?；A(chǔ)埋深：dh=1.000m?？v筋合力點(diǎn)至近邊距離：as=40mm?；A(chǔ)及其上覆土的平均容重：γ=20.000（kN·m3）。最小配筋率：ρmin=0.150%。④根據(jù)基礎(chǔ)幾何參數(shù)，結(jié)合相關(guān)所用材料信息，對(duì)作用在基礎(chǔ)頂部荷載標(biāo)準(zhǔn)組合值進(jìn)行計(jì)算：Fk=F/ks=47.500/1.35=35.185（kN）;Mxk= Mx/ks=166.250/1.35=123.148（kN·m）;Myk=My/ks =95.000/1.35=70.370（kN·m）;Vxk=Vx/ks=32.000/1.35=23.704（kN）;Vyk=Vy/ks=9.520/1.35= 7.052（kN）。Fk為地基頂部豎向力值;Mx、My分別為地基基礎(chǔ)在x、y方向上力矩;Vx、Vy分別為作用在地基基礎(chǔ)x、y方向上的剪力;Mxk、Myk、Vxk、Vyk分別為經(jīng)過(guò)修正后的力矩與剪力。⑤通過(guò)修正后，地基承載力特征值為fa=100.000（kPa）。再對(duì)基礎(chǔ)總長(zhǎng)、基礎(chǔ)總寬、基礎(chǔ)總高以及基礎(chǔ)底面積進(jìn)行重新修正，確定相關(guān)參數(shù)，并通過(guò)計(jì)算出的參數(shù)，對(duì)基礎(chǔ)底部彎矩值進(jìn)行計(jì)算：第一，基礎(chǔ)總長(zhǎng)：Bx=b1+b2+bc=3.500+3.500+1.200=8.200（m）。第二，基礎(chǔ)總寬：By=a1+a2+hc=0.400+0.400+1.200=2.000（m）。A1=a1+hc/2=0.400+1.200/2=1.000（m）。A2=a2+hc/2=0.400+1.200/2=1.000（m）。B1=b1+bc/2=3.500+1.200/2=4.100（m）。B2=b2+bc/2=3.500+1.200/2=4.100（m）。第三，基礎(chǔ)總高：H=h1=1.000（m）。第四，底板配筋計(jì)算高度：ho=h1-as=1.000-0.040=0.960（m）。第五，基礎(chǔ)底面積：A=Bx×By=8.200×2.000=16.400（m2）。Gk =γ×Bx×By×dh =328.000（kN），Gk為修正過(guò)后基礎(chǔ)自重。G=1.35×Gk=1.35×328.000=442.800（kN）。第六，通過(guò)計(jì)算出的參數(shù)，對(duì)基礎(chǔ)底部彎矩值進(jìn)行計(jì)算：Mdxk=Mxk-Vyk×H=116.096（kN·m）;Mdyk=Myk+Vxk×H=

94.074（kN·m）;Mdx=Mx-Vy×H=156.730（kN·m）;Mdy=My+Vx×H=127.000（kN·m）。

3.3.2 驗(yàn)算軸心荷載作用下地基承載力

得出以上參數(shù)后，地基承載力也進(jìn)行修正，pk=22.145（kPa），對(duì)修正完成后的地基承載力進(jìn)行分析，確定在軸心荷載作用下的地基承載力滿足要求。pk=（Fk+Gk）/A=22.145（kPa），因γo×pk= 22.145（kPa）≤fa=100.000（kPa）。軸心荷載作用下地基承載力滿足要求。

3.3.3 驗(yàn)算偏心荷載作用下的地基承載力

確定以上參數(shù)滿足要求，繼續(xù)對(duì)在偏心荷載作用下的地基承載力按照相應(yīng)公式進(jìn)行驗(yàn)算，從而確定軸心荷載作用下與偏心荷載作用下的地基承載力均符合設(shè)計(jì)要求。

exk=Mdyk/（Fk+Gk）=0.259（m），exk為偏心作用下的x值。

因|exk|≤Bx/6=1.367（m）;x方向小偏心，由公式推導(dǎo)：

Pkmax_x=（Fk+Gk）/A+6×|Mdyk|/（B×By）=26.343（kPa）;Pkmin_x=（Fk+Gk）/A-6×|Mdyk|/（B×By）=17.948（kPa）;Pkmin_x、Pkmax_x分別為偏心作用下x方向的地基荷載力。

eyk= Mdxk/（Fk +Gk）=0.320（m）。

eyk為偏心作用下的y值。

因|eyk|≤By/6=0.333（m），y方向小偏心：

Pkmax_y=（Fk+Gk）/A+6×|Mdxk|/（B×Bx）=43.383（kPa）

Pkmin_y=（Fk+Gk）/A-6×|Mdxk|/（B×Bx）=0.908（kPa）。

Pkmin_y、Pkmax_y分別為偏心作用下y方向的地基荷載力。

3.3.4 確定基礎(chǔ)底面反力設(shè)計(jì)值

Pkmax=（Pkmax_x-pk）+（Pkmax_y-pk）+pk=47.580（kPa）;γo×Pkmax= 47.580（kPa）≤1.2×fa=120.000（kPa）。因此，偏心荷載作用下地基承載力滿足要求。

3.4 脫模臺(tái)結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.4.1 計(jì)算基礎(chǔ)底面反力設(shè)計(jì)值

完成基礎(chǔ)驗(yàn)算后，對(duì)脫模臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)相關(guān)規(guī)定以及文獻(xiàn)，確定x、y方向基礎(chǔ)底面反力設(shè)計(jì)值：①計(jì)算x方向反力設(shè)計(jì)值。ex=Mdy/（F+G）=10.259（m），因ex≤Bx/6.0=1.367（m），x方向小偏心。Pmax_x=（F+G）/A+6×|Mdy|/（B×By）=35.563（kPa）;Pmin_x=（F+G）/A- 6×|Mdy|/（B×By）=24.230（kPa）。②計(jì)算y方向反力設(shè)計(jì)值。ey=Mdx/（F+G）=0.320（m），因ey≤By/6=0.333，y方向小偏心。Pmax_y=（F+G）/A+6×|Mdx|（B×Bx）=58.566（kPa）;Pmin_y=（F+G）/A-6×|Mdx|/（B×Bx）=1.226（kPa）。③因Mdx≠0，Mdy≠0;Pmax=Pmax_x+Pmax_y-（F+G）/A=64.233（kPa）。④計(jì)算地基凈反力極限值。Pjmax=Pmax-G/A=37.233（kPa）;Pjmax_x=Pmax_x-G/A=8.563（kPa）;Pjmax_y=Pmax_y-G/A=31.566（kPa）。

3.4.2 柱邊沖切驗(yàn)算

3.4.3 基礎(chǔ)受剪承載力驗(yàn)算

①計(jì)算剪力。Az=a1+a2+hc=2 000（mm）;Bz=b1+b2+bc=8 200（mm） ;A'=Az ×max（b1，b2）=7.00（m2） ;Vs=A'×p=7.0×2.9=20.3（kN）。②計(jì)算截面高度影響系數(shù)h。h=（800/ho）=（800/1 000.0）=0.9。③剪切承載力驗(yàn)算。Ao=Az×h1=2 000 000.00（mm2）;γo×Vs=20.3kN≤0.7hftAo=1 893.4（kN）。故受剪承載力驗(yàn)算滿足要求。3.4.4 柱下基礎(chǔ)的局部受壓驗(yàn)算

因?yàn)榛A(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于等于柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，所以無(wú)需驗(yàn)算柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)頂面的局部受壓承載力。

3.4.5 基礎(chǔ)受彎計(jì)算

通過(guò)計(jì)算基礎(chǔ)剪力、截面高度影響系數(shù)以及對(duì)剪切承載力的驗(yàn)算，確定基礎(chǔ)受剪承載力滿足要求。因?yàn)榛A(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于等于柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，所以無(wú)需驗(yàn)算柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)頂面的局部受壓承載力，進(jìn)而對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行受彎計(jì)算：①因Mdx>0，Mdy>0，此基礎(chǔ)為雙向受彎。②計(jì)算I-I截面彎矩。因ex≤Bx/6=1.367（m），x方向小偏心。a=（Bx-bc）/2=3.500（m）。Pj1=（（Bx-a）×（Pmax_x -Pmin_x）/Bx）+Pmin_x-G/A=3.726（kPa）;因ey≤By/6=0.333（m），y方向小偏心。a=（By-hc）/2=0.400（m）;Pj2=（（By-a）×（Pmax_y-Pmin_y）/By）+Pmin_y-G/A=20.098（kPa）;Pj1、Pj2分別為I-I截面承載力。βx=1.184;βy=1.086;MⅠ_1=1/48×βx×（Bx-bc）×（2×By+hc）×（Pj1+ Pjmax_x）=7.26（kN·m）;MⅡ_1=1/48×βy×（By-hc）×（2×Bx+bc）×（Pj2+Pjmax_y）=13.16（kN·m）。MI_1、MII_1分別為I-I截面彎矩值。

3.4.6 計(jì)算配筋

完成以上計(jì)算后，進(jìn)行基礎(chǔ)配筋計(jì)算。脫模臺(tái)基礎(chǔ)配筋情況見(jiàn)圖3。①計(jì)算Asx。Asx_1= γo×MⅠ_1/（0.9×（H- as）×fy）=331.2（mm）;Asx1=Asx_1=331.2（mm2）。Asx-Asx1/By=331.2/2=166（mm2/m），因此，選擇鋼筋Φ14@200，實(shí)配面積6 769.84mm2。

②計(jì)算Asy。Asy_1=γo×MⅡ_1/（0.9×（H-as）× fy）=56.4（mm2），Asy=max（Asy，ρmin×H×1 000）=1 500（mm2/m）。因此，選擇鋼筋Φ10@200，實(shí)配面積5 459mm2。Asx、Asy分別為基礎(chǔ)配筋率。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析實(shí)際施工使用情況，重力慣性式脫模方式具有脫模速度快、成品脫模效果好、脫模臺(tái)基礎(chǔ)基本無(wú)形變的優(yōu)點(diǎn)，與CRTSⅠ型雙塊式軌枕短模式生產(chǎn)方式相匹配，有效提高了雙塊式軌枕的生產(chǎn)效率。根據(jù)以上對(duì)脫模臺(tái)基礎(chǔ)的計(jì)算，得出以下結(jié)論：第一，脫模臺(tái)基礎(chǔ)需根據(jù)所建位置地基承載力作出相應(yīng)的尺寸調(diào)整，通過(guò)本文中的公式計(jì)算，重力式慣性脫模臺(tái)基礎(chǔ)承載力滿足使用要求。第二，根據(jù)脫模臺(tái)基礎(chǔ)尺寸情況，鋼筋Φ14@200使用配置面積6 769.84mm2，滿足基礎(chǔ)配筋要求;鋼筋Φ10@200使用配置面積5 459mm2，滿足基礎(chǔ)配筋要求。第三，根據(jù)脫模臺(tái)使用以及實(shí)測(cè)情況，脫模臺(tái)基礎(chǔ)沉降為4mm，基礎(chǔ)沉降滿足要求不超過(guò)8mm;計(jì)算脫模臺(tái)基礎(chǔ)側(cè)傾角度小于1°，滿足使用要求。第四，對(duì)脫模臺(tái)基礎(chǔ)進(jìn)行檢測(cè)，脫模臺(tái)基礎(chǔ)完好，表面無(wú)裂紋，滿足強(qiáng)度要求。

綜上所述，脫模臺(tái)基礎(chǔ)承載力、震動(dòng)沉降、抗側(cè)傾均滿足要求。脫模臺(tái)結(jié)構(gòu)剛度、抗沖擊強(qiáng)度滿足使用要求。

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