轨道板配筋对温度裂缝的影响分析
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摘要
近年来，我国开始大规模修建无碴轨道。无碴轨道的温度裂缝问题越来越引起人们的注意。裂缝一旦形成，特别是贯穿裂缝的危害较大，它会降低无碴轨道的绝缘性能，削弱轨道的承载力，同时还可能会危害到无碴轨道的安全使用。
本文建立了混凝土板和钢筋三维实体模型。分析研究轨道板温度裂缝控制问题。通过有限元软件计算了普通配筋轨道板在不同温度荷载的应力分布，混凝土配筋率和钢筋直径与裂缝宽度的关系。分析了预应力轨道板中预应力钢筋对裂缝控制的影响，部分预应力板较全预应力板的优点。
由于目前国内外无碴轨道的轨道板有单层配筋和双层配筋两种形式，而我国采用的无碴轨道形式多为双层配筋。为此本文还建立单层配筋和双层配筋的轨道板模型，比较了相同的配筋率和相同的温度荷载作用时，两种配筋形式的应力分布和变形情况等。
最后通过计算得出在混凝土构件中配置钢筋虽然不能阻止裂缝的出现，但可以把无筋混凝土构件中的单个宽裂缝分散成为许多条的细微裂缝，使得混凝土拉应力减小，从而使裂缝的宽度变小，裂缝条数变多，裂缝间距变小，以有利于抗裂。
In the recent years, our country begins to construct ballastless track. The problem of Ballastless track's craze increasing arouses people's attention. If the crack is form, especially transfixion crack, will reduce insulated capability and carrying capacity of the Ballastless track. At the same time it also can endanger the Ballastless track safely running.
In this paper, the dynamics model of slab track is developed by ANSYS. The model is built using the solid element to simulate the concrete slab and steel. How to control the temperature crack of the slab is studied. The stress distributing of general steel ordinances of slab in different temperature load is calculated. The relation between the rate of steel ordinances of concrete slab and crack width and between steel diameter and crack width is also calculated. What the influence of prestressed steel in prestressed slab on controlling crack is analyzed. The merit of part prestressed concrete slab compare with full prestressed concrete slab.
Because some type ballastless track slab is monolayer steel, but our countries mostly is double deck steel. In this paper, the model of monolayer steel ballastless track slab and double deck steel ballastless track slab is developed. In the same steel ordinances and same temperature load the two type slab's stress distributing and transmogrification is compared.
Finally, we know configuring steel in concrete component can not prevent crack forming, but it can divide single big crack in concrete without steel to a great deal of imperceptibility crack. It can reduce concrete pull-stress to diminish the width of crack and increase the number of crack and diminish the space between of crack. Ultimately it can resist crack.
本文建立了混凝土板和钢筋三维实体模型。分析研究轨道板温度裂缝控制问题。通过有限元软件计算了普通配筋轨道板在不同温度荷载的应力分布，混凝土配筋率和钢筋直径与裂缝宽度的关系。分析了预应力轨道板中预应力钢筋对裂缝控制的影响，部分预应力板较全预应力板的优点。
由于目前国内外无碴轨道的轨道板有单层配筋和双层配筋两种形式，而我国采用的无碴轨道形式多为双层配筋。为此本文还建立单层配筋和双层配筋的轨道板模型，比较了相同的配筋率和相同的温度荷载作用时，两种配筋形式的应力分布和变形情况等。
最后通过计算得出在混凝土构件中配置钢筋虽然不能阻止裂缝的出现，但可以把无筋混凝土构件中的单个宽裂缝分散成为许多条的细微裂缝，使得混凝土拉应力减小，从而使裂缝的宽度变小，裂缝条数变多，裂缝间距变小，以有利于抗裂。
In the recent years, our country begins to construct ballastless track. The problem of Ballastless track's craze increasing arouses people's attention. If the crack is form, especially transfixion crack, will reduce insulated capability and carrying capacity of the Ballastless track. At the same time it also can endanger the Ballastless track safely running.
In this paper, the dynamics model of slab track is developed by ANSYS. The model is built using the solid element to simulate the concrete slab and steel. How to control the temperature crack of the slab is studied. The stress distributing of general steel ordinances of slab in different temperature load is calculated. The relation between the rate of steel ordinances of concrete slab and crack width and between steel diameter and crack width is also calculated. What the influence of prestressed steel in prestressed slab on controlling crack is analyzed. The merit of part prestressed concrete slab compare with full prestressed concrete slab.
Because some type ballastless track slab is monolayer steel, but our countries mostly is double deck steel. In this paper, the model of monolayer steel ballastless track slab and double deck steel ballastless track slab is developed. In the same steel ordinances and same temperature load the two type slab's stress distributing and transmogrification is compared.
Finally, we know configuring steel in concrete component can not prevent crack forming, but it can divide single big crack in concrete without steel to a great deal of imperceptibility crack. It can reduce concrete pull-stress to diminish the width of crack and increase the number of crack and diminish the space between of crack. Ultimately it can resist crack.
引文
[1] 中华人民共和国建设部，国家质量监督检验验疫总局，混凝土结构设计规范(GB50010-2002)[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．
[2] 王有志．预应力混凝土结构．中国水利水电出版社．1998
[3] 周志祥．高等钢筋混凝土结构．人民交通出版社．2002．北京
[4] 赵国藩．钢筋混凝土结构的裂缝控制．海洋出版社．1991．北京
[5] 韩素芳．钢筋混凝土结构裂缝控制指南．化学工业出版社．2006
[6] 王其昌，韩启梦．板式轨道设计与施工．西南交通大学出版社．2002，成都
[7] 王铁梦．工程结构裂缝控制[M]．北京：中国建筑下业出版社，1997．
[8] 李成辉．轨道．西南交大出版社．2005．成都
[9] 佐木直树著，王其昌译．板式轨道．北京：中国铁道出版社，1983．
[10] 朱伯芳．有限单元法原理与应用．中国水利水电出版社
[11] 任静．板式轨道研究与设计初探．铁道标准设计．1996
[12] 郝赢．铁路轨道．西南交通大学出版社
[13] M. Anson BA, ETAL. Early-age Strain and Temperature Measurement in Concrete Tank Walls. Magazine of Concrete Research, Vol. 40, No. 145, Dec, 1998.
[14] 日本新干线无碴轨道结构．铁科院铁建所．2002．北京
[15] 无碴轨道论文集．铁科院铁建所．2002．北京
[16] 张庆，张立国，冉蕾，胡金培，赵廷俭．秦沈客运专线板式无碴轨道结构设计．铁道标准设计．2002(6)
[17] 吴胜兴．混凝土裂缝开展宽度计算的有限单元法[J]．计算力学学报，1996．14(1)．
[18] 安藤胜敏，轨道新规补修方法开发，新线路．1995，49(6)
[19] 吕西林，金国芳，吴晓涵．钢筋混凝土结构非线性有限元理论和应用．同 济大学出版社，1997．
[20] 王传志，腾智明．钢筋混凝土结构理论．中国建筑工业出版社，2003(3)．
[21] 江见鲸．钢筋混凝土结构非线形有限元分析[M]．陕西科学技术工业出版社，1994．
[22] 朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制[M]．中国电力出版社，1993．3
[23] 郝文化．ANSYS土木工程应用实例．中国水利水电出版社，2005．1
[24] 无碴轨道研究工作汇报．中铁工程设计咨询集团有限公司．2004．11
[25] 周军平．钢筋混凝土温度结构的裂缝控制[J]．山西建筑2005(11)
[26] 龚召熊，谢桂兰．ANSYS操作命令与参数化编程[M]．机械工业出版社，2004
[27] 董哲仁．钢筋混凝土非线性有限元法原理与应用[M]．中国水利水电出版社，2002
[28] 富文权，韩素芳．混凝土工程裂缝分析与控制[M]．北京中国铁路出版社，2000
[29] 李潘武，李慧民．大体积混凝土温度构造钢筋的配置[J]，四川建筑科学研究，2005，31(2)
[30] Vogel W. Earthwork structures for new railway lines slab track—principles and suggestions for realization Railway Technical Review. —1995 (1)
[31] Frank J. Yecchio, Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete Frames Subjected to Thermal and Mechanical Loads. ACI Structural Journal Nov-Dec, 1987
[32] 吴胜兴，任旭华，混凝土结构温度裂缝的特点及其配筋控制[J]，水利水电科技进展，1996
[33] 韩重庆，孟少平，大面积混凝土梁板结构温度应力问题的探讨[J]，建筑技术，2000(12)
[34] 林宗凡．钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度允许值的直接控制[M]．1985(6)
[35] 肖水华．地下室钢筋混凝土外墙板非荷载作用裂缝控制研究[D]．硕士学位论文．2004．
[36] [美]M．N．奥齐西克著，俞昌铭主译．热传学[M]．北京：高等教育出版社，1994．7
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