礦業(yè)論文發(fā)表預(yù)應(yīng)力礦用軌枕的設(shè)計計算

　　摘要：本文借鑒并運(yùn)用了國鐵III型預(yù)應(yīng)力軌枕的設(shè)計理念，將非預(yù)應(yīng)力的普通礦枕構(gòu)件，通過改變設(shè)計和生產(chǎn)工藝將礦枕改變成預(yù)應(yīng)力型的砼構(gòu)件，大大提高其承載能力。不僅從經(jīng)濟(jì)角度節(jié)約鋼筋用量(由6根Φ7非預(yù)應(yīng)力主筋減少為4根Φ7預(yù)應(yīng)力主筋)，降低原料成本，更重要的是滿足了采礦企業(yè)日益增長的運(yùn)力需求。詳細(xì)介紹了PG型預(yù)應(yīng)力型礦枕的結(jié)構(gòu)，并且計算了礦枕的設(shè)計荷載、抗裂彎矩等內(nèi)容。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力,礦用,軌枕,設(shè)計

　　0 引言

　　礦石或煤炭采挖裝上礦車后，利用窄軌鐵路運(yùn)輸出礦，鐵路軌道的承載能力尤為重要。從對現(xiàn)有的線路調(diào)查情況看，隨著礦車承載重量的提高，現(xiàn)正在使用的非預(yù)應(yīng)力礦用軌枕已經(jīng)不能滿足日益加大運(yùn)量的承載力需求，分析軌道現(xiàn)受力狀況并設(shè)計出適應(yīng)較大承載能力的礦用軌枕成為當(dāng)前的任務(wù)。

　　1 PG型礦枕主要性能參數(shù)

　　根據(jù)已有非預(yù)應(yīng)力礦枕的外形，經(jīng)過改進(jìn)，將預(yù)應(yīng)力礦枕的外形設(shè)計為如圖1所示尺寸：

　　2 使用材料的力學(xué)參數(shù)

　　考慮到小型構(gòu)件廠家混凝土攪拌自動化程度和計量精度限制等因素，將礦枕的砼等級設(shè)計為C50，養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值的75%(即37.5 MPa)時可以脫模。

　　查GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，混凝土力學(xué)性能參數(shù)

　　根據(jù)國鐵預(yù)應(yīng)力軌枕生產(chǎn)廠家統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將預(yù)應(yīng)力損失考慮為12%，即

　　σ1=150 ×103/(4 ×38.5)×12%=117 MPa

　　3 計算設(shè)計荷載

　　考慮到運(yùn)量增加、新型礦車投入運(yùn)營等因素，較多地提高承載安全富余系數(shù)，將靜軸重設(shè)計為60 kN。

　　(1)計算Rd(承軌部分垂直壓力)

　　Rd = γ.P0. (1+a)

　　式中

　　P。一靜輪重，為設(shè)計靜軸重的一半;

　　γ 一輪重分配系數(shù)，取0.5;

　　a 一綜合動載系數(shù)，與行車速度、軌道狀態(tài)等因素有關(guān)，取1.0。

　　對PG型礦枕，其垂直壓力為：

　　Rd = 30kN

　　(2)根據(jù)枕下軌中道床支承反力圖，計算礦枕截面的正負(fù)彎矩，

　?、佘壪陆孛嬲龔澗?道床支承反力見圖2a)：

　　Mg=q×a1×(a1/2)- (Rd/bg) ×( bg/2) ×( bg/4)

　　=(30/0.625)×0.316×(0.316/2)- (30/0.1) ×(0.1/2) ×(0.1/4)

　　=2.02 kN. m

　?、谲壷薪孛尕?fù)彎矩(道床支承反力見圖2b)：

　　Mz=q×e×(e/2+ b/2)+0.75q×( b/2) ×( b/4) – (Rd /bg )×bg×(L/2- a1)

　　=-1.98 kN. m

　　道床頂面實(shí)際壓應(yīng)力:

　　σ2=2 Rd/S底=2×30×1000/(260×1600)

　　=0.23Mpa

　　小于道床頂面允許壓應(yīng)力【σ2】 =0.5MPa

　　4 靜載抗裂彎矩驗算

　　(1)Mcr軌下抗裂正彎矩，軌下截面

　　換算截面形心至截面下邊緣的距離

　　y下=So /Ao=1272351/20108=63.28 mm

　　預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點(diǎn)對截面形心的偏心距

　　eo = 63.28-60= 3.28mm

　　截面對形心的慣性矩

　　Io=27237776.6mm4

　　預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效預(yù)應(yīng)力

　　σpe=975-117=858N/mm2

　　預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力

　　Npe=858x153.86=132012N

　　截面下邊緣由預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力

　　σpc= Npe / A0+ Npe.e0 .y下/I0=7.57N/mm2

　　軌下截面抗裂彎矩

　　Mcr軌下 =(σpc +1.75ftk). Io / y下=4.99 kN.m

　　(2)Mcr枕中截面抗裂彎矩，軌中截面。

　　換算截面形心至截面上邊緣的距離

　　y上=120-So /Ao=61.28mm

　　eo = 61.28-60= 1.28mm

　　同軌下計算方法，計算得到枕中截面負(fù)彎矩

　　Mcr軌中 =4.07 kN.m

　　5 計算PG型礦枕靜載抗裂檢驗荷載

　　F=7.273Mcr

　　PG型礦枕的檢驗荷載為：

　　F軌下= 7.273x4.99= 36.3kN

　　F軌中=7.273x4.07 = 29.6 kN

　　通過對實(shí)際試制樣品的靜載抗裂檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,將檢驗值確定為：

　　F軌下=40kN，F(xiàn)軌中=30kN (正放試驗)

　　6 計算PG型礦枕疲勞檢測上限值

　　Fmax=1.05F

　　Fmax軌下=42 kN

　　Fmax軌中=31.5 kN

　　7 結(jié)論

　　(1)通過將普通型礦枕改進(jìn)設(shè)計成預(yù)應(yīng)力型的礦枕,大幅提高了軌枕的實(shí)際承載能力。

　　(2)PG型預(yù)應(yīng)力礦枕較普通礦枕僅鋼筋成本降低了30%,整體生產(chǎn)成本降低10%以上。

　　(3)PG型預(yù)礦枕的截面尺寸、排筋等設(shè)計參數(shù)經(jīng)過優(yōu)選，所選方案在承載力、抗裂強(qiáng)度、疲勞檢驗強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原普通礦枕。

　　(4)礦枕使用企業(yè)據(jù)此改進(jìn)礦車等設(shè)備可以提高出礦效率50%以上。

　　參考文獻(xiàn)

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