摘要：本文借鑒并運用了國鐵III型預應力軌枕的設計理念，將非預應力的普通礦枕構件，通過改變設計和生產工藝將礦枕改變成預應力型的砼構件，大大提高其承載能力。不僅從經濟角度節約鋼筋用量(由6根Φ7非預應力主筋減少為4根Φ7預應力主筋)，降低原料成本，更重要的是滿足了采礦企業日益增長的運力需求。詳細介紹了PG型預應力型礦枕的結構，并且計算了礦枕的設計荷載、抗裂彎矩等內容。

　　關鍵詞：預應力,礦用,軌枕,設計

　　0 引言

　　礦石或煤炭采挖裝上礦車后，利用窄軌鐵路運輸出礦，鐵路軌道的承載能力尤為重要。從對現有的線路調查情況看，隨著礦車承載重量的提高，現正在使用的非預應力礦用軌枕已經不能滿足日益加大運量的承載力需求，分析軌道現受力狀況并設計出適應較大承載能力的礦用軌枕成為當前的任務。

　　1 PG型礦枕主要性能參數

　　根據已有非預應力礦枕的外形，經過改進，將預應力礦枕的外形設計為如圖1所示尺寸：

　　2 使用材料的力學參數

　　考慮到小型構件廠家混凝土攪拌自動化程度和計量精度限制等因素，將礦枕的砼等級設計為C50，養護強度達到設計值的75%(即37.5 MPa)時可以脫模。

　　查GB50010-2010《混凝土結構設計規范》，混凝土力學性能參數

　　根據國鐵預應力軌枕生產廠家統計數據，將預應力損失考慮為12%，即

　　σ1=150 ×103/(4 ×38.5)×12%=117 MPa

　　3 計算設計荷載

　　考慮到運量增加、新型礦車投入運營等因素，較多地提高承載安全富余系數，將靜軸重設計為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，為設計靜軸重的一半;

　　γ 一輪重分配系數，取0.5;

　　a 一綜合動載系數，與行車速度、軌道狀態等因素有關，取1.0。

　　對PG型礦枕，其垂直壓力為：

　　Rd = 30kN

　　(2)根據枕下軌中道床支承反力圖，計算礦枕截面的正負彎矩，

　　①軌下截面正彎矩(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

　　②軌中截面負彎矩(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

　　道床頂面實際壓應力:

　　σ2=2 Rd/S底=2×30×1000/(260×1600)

　　=0.23Mpa

　　小于道床頂面允許壓應力【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

　　預應力鋼筋合力作用點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

　　預應力鋼筋的有效預應力

　　σpe=975-117=858N/mm2

　　預應力鋼筋的合力

　　Npe=858x153.86=132012N

　　截面下邊緣由預應力產生的混凝土法向應力

　　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

　　通過對實際試制樣品的靜載抗裂檢測數據的統計分析,將檢驗值確定為：

　　F軌下=40kN，F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 結論

　　(1)通過將普通型礦枕改進設計成預應力型的礦枕,大幅提高了軌枕的實際承載能力。

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

　　(3)PG型預礦枕的截面尺寸、排筋等設計參數經過優選，所選方案在承載力、抗裂強度、疲勞檢驗強度遠遠優于原普通礦枕。

　　(4)礦枕使用企業據此改進礦車等設備可以提高出礦效率50%以上。

　　參考文獻

　　[1]《鐵道標準設計》1999年11期 II型預應力軌枕改進結構的研究 范佳 林之珉

　　[2]《混凝土與水泥制品》 2009年第1期 預應力混凝土軌枕的設計計算 白玲 汪加蔚

　　[3] TB/T2190 《 預應力混凝土枕I型、II型、III型 》、TB/T1878《預應力混凝土枕疲勞試驗方法》、TB/T1879《預應力混凝土枕靜載抗裂試驗方法》