双向先张法预应力混凝土轨道板模具及其应用的制作方法

本发明属于轨道板模具，特别是指双向先张法预应力混凝土轨道板模具及其应用。

背景技术：

近年来，中国高铁建设中具有自主知识产权的双向先张法预应力混凝土轨道板已经得到全面的推广，随着高铁建设的快速发展，对双向预应力结构的先张法轨道板的数量需求及质量要求也愈发提高。目前现有的先张法轨道板生产方式采用固定台座式生产，其生产方式需要建造大量的地基混凝土基础结构，模具按照设定的位置尺寸固定于台座内，轨道板制作过程中需要大量相关作业工序逐一作业，造成了轨道板生产过程工艺复杂，生产效率低下，生产成本极大浪费等诸多问题。

固定台座式轨道板生产法的预应力承受体系为台座的结构基础和张拉横梁钢结构，模具基本不受力，模具在轨道板制作中就仅需要在结构方式上严格按照轨道板的外形尺寸进行加工拼接即可，其本身为非受力结构框架，加工制作过程中相对简单容易。

按照中国铁路总公司印发的关于《高速铁路crtsiii型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板企业标准》(tj/gw118-2013)中3.3.2对模具的要求只是对外形尺寸、平整、翘曲度有着严格的精度偏差要求，对模具的自身结构并未提出要求。模具制造工艺相对比较传统。

为了适应当前国际间高速铁路建设的激烈竞争，研发更为先进的、科学的先张轨道板智能化生产技术已成为体现我国高铁技术水平、彰显国家实力的当务之急。实现轨道板的智能化生产线制造方式的技术关键之一即为模具，模具本身应为独立的、可移动式的自身受力体，来承受双向预应力张拉时的反作用力，使得模具张拉完成后的受力状态下不产生形变，这就使模具自身的结构框架应当具有严格的受力要求。

现有模具无法适应双向预应力混凝土轨道板生产的主要缺陷表现如下几个方面：一是模具采用对应若干底座支腿固定于地面的方式，无法实现轨道板模具按工序、工位线式流转施工作业的模式；二是现有模具无法实现以模具本身为受力体而进行双向预应力张拉的作业施工，必须依靠外界承力体受力完成作业；三是现有模具无法实现线式流转作业时的精准定位，没有精准的定位机构；四是现有模具在施工作业的脱模工序中，只能采用手动机械式打开端侧模或端侧模整体吊走的模式，费时费力，无法实现流水线式作业。

按照中国铁路总公司印发的关于《高速铁路crtsⅲ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板暂行技术要求》(流水机组法tk/gw156-2016)中3.3.1对模具的要求为“应采用具有足够强度、刚度和稳定性的预应力组合式钢模或抗弯型整体式钢模、模板应能保证轨道板各部形状、尺寸及预埋件的准确位置”等多项内容可见，不仅对于模具自身抗受力提出了严格要求，更为重要的是这也是模具结构设计中的重要研究方向之一。

申请人所了解的现有技术包括：

申请号为201510936956.7中公开了一种预应力整体组合式高速铁路轨道板钢模，其主体技术方案是包括一个底模、两个侧模和两个端模，所述底模下方沿所述底模的纵向固定放置了若干钢管，所述钢管下方沿所述底模的横向固定设置了若干方钢a，所述方钢a下方沿所述底模的纵向固定设置了若干方钢b。上述现有技术存在如下技术缺陷：一是采用底模、方钢a、方钢b、纵向钢管作为模具的受力件，缺少受力框架作为力矩支点，底模作为受力件，对于轨道板尺寸规格的稳定性产生影响；二是缺少横向钢管作为受力件；三是方钢a和方钢b在底部有凹槽并穿入预应力材料，两者中心不重合，不能起到作用力与反作用力自平衡效果，当预应力材料张拉施力后，对方钢中心形成力矩，影响轨道板尺寸的稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供双向先张法预应力混凝土轨道板模具及其应用，采用本发明的轨道板模具能够有效满足轨道板型腔在张拉作业下的稳定性，使其不易形变，同时便于实现轨道板生产的流水线作业。

本发明的整体技术构思是：

双向先张法预应力混凝土轨道板模具，包括由侧模板，端模板及底模板围设构成的轨道板型腔，定位于底模板下方且与侧模板及端模板采用固定构件形成可拆式连接的底框架，组成轨道板型腔的侧模板及端模板上部设有与预应力筋适配的张拉装置，顶升机构位于底模板表面，浇注锥体用锥体螺杆固定于底模板的内表面；底框架下表面装配有与工作轨道适配的车轮，位于轨道板型腔下方的侧模板及端模板下部设有与张拉装置对应的反力杆结构，反力杆结构包括间隔平行分布且两端固定在相对设置的侧模板及端模板外表面的反力杆，同轴套装于反力杆外且其两端与相对设置的侧模板及端模板内表面贴合的支撑套管。

双向先张法预应力混凝土轨道板模具在双向先张法预应力混凝土轨道板制作中的应用。

申请人需要说明的是，为实现侧模板、端模板与底模板的配合面之间不易产生渗漏，常见的技术手段是侧模板、端模板与底模板的配合面之间设有密封条，因其属于现有技术，申请人在此不再赘述。

本发明的具体技术构思还有：

底框架的主要作用是形成反力杆与张拉装置力矩平衡体系的支点，与底模板、侧模板、端模板采用固定配合是在增加底模板结构强度的同时，进一步提高支点的稳定性。为增加底框架的结构强度，使其在承受较大载荷的情况下不易产生形变，优选的技术实现手段是应采用具有较高结构强度的型钢或金属型材作为其主要的结构件，均不脱离本发明的技术实质。其中优选的技术实现手段是采用如下技术方案，所述的底框架是由平行且间隔分布的横向h型钢，与横向h型钢垂直且平行间隔分布的纵向h型钢固定装配组成井字型框架，考虑到工艺实现简单易行及便于操作，固定装配优选采用焊接装配。

为满足底框架不同方向上结构强度不同的需要，更为优选的技术实现方式是，所述的横向h型钢，包括平行且间隔分布的第一横向h型钢、第二横向h型钢、第三横向h型钢；纵向h型钢包括平行且间隔分布的第一纵向h型钢、第二纵向h型钢固定装配构成的井字型框架。考虑到工艺简便易行，上述固定装配优选采用焊接装配。

张拉装置的主要作用是将设定的张拉力通过其施加于预应力钢筋上，其实现方式可以采用多种现有轨道板张拉装置，均不及脱离本发明的技术实质。其中较为优选的技术实现手段是，包括分别设置于一侧端模板及侧模板上的固定杆，与固定杆相对且设置于另一侧端模板及侧模板上的张拉杆，位于轨道板型腔内的固定杆及张拉杆的内端设有与轨道板预应力筋两端适配的接口，固定杆及张拉杆中部设有复位弹簧，固定杆外端通过紧固构件将其装配于轨道板型腔外的侧模板或端模板外表面，张拉杆外端通过张拉杆螺母装配于轨道板型腔外的另一侧侧模板或端模板外表面。接口优选采用与预应力钢筋端部适配的螺纹接口，复位弹簧的主要作用是在放张时使张拉杆及固定杆复位，固定杆外端的紧固构件优选采用螺母，因其属于现有技术，申请人在此不再赘述。

固定杆及张拉杆的作用是：使预应力钢筋的一端固定，以便使其另一端在张拉杆的作用下完成张拉动作，其优选的技术构造是，所述的固定杆包括平行间隔设置于一侧侧模板上的横向固定杆、平行间隔设置于一侧端模板上的纵向固定杆；张拉杆包括与横向固定杆相对且平行间隔设置于另一侧侧模板上的横向张拉杆、与纵向固定杆相对且平行间隔设置于另一侧端模板上的纵向张拉杆。

顶升机构的主要作用是在轨道板蒸养完成后通过其同步顶升完成轨道板的脱模动作，为形成对轨道板的稳定支撑，同时满足每根顶升柱及轨道板受力的均衡，优选的技术实现手段是，顶升机构包括设于底模板顶升开口内且由驱动机构驱动的顶升柱，装配于顶升柱顶端且与顶升开口形状适配的顶升盖板，顶升盖板在轨道板型腔内沿其中心线对称分布，对轨道板形成与轨道板型腔中心同心的支撑面。为保证支撑的平稳度并简化结构设计，更为优选的技术实现手段是，所述的支撑面为与轨道板型腔中心同心的矩形支撑面。

为保证水泥砂浆及固化后的颗粒物不易从顶升开口进入，以免对顶升效果造成影响，优选的技术实现手段是，顶升盖板与顶升开口的邻接部采用动密封配合。更为优选的技术实现方式是，上述动密封采用设置于顶升开口内壁的密封圈。

为便于轨道板模具与制作流水线上其他工位设备的配套定位，优选的技术实现手段是，所述的侧模板或端模板上开设有模具定位销孔座。可以显而易见的是，为实现定位的准确性，模具定位销孔座应为至少两个，考虑到吊装平稳的作业需要，优选的技术实现方式是，模具定位销孔座在侧模板或端模板上对称分布。

为便于轨道板的脱模，同时满足现行钢业技术规范中轨道板的相应规格要求，优选的技术实现手段是，所述的侧模板或端模板的内表面与底模板的夹角为α，90°＜α≤95°。

更为优选的技术实现方式是，所述的侧模板或端模板的内表面与底模板的夹角为α，α＝93°

反力杆的作用是为了平衡因轨道板张拉时张拉杆与固定杆对侧模板、端模板所造成的弯矩，保证轨道板型腔不易产生形变，满足轨道板严格的规格要求。优选的技术实现方式是，反力杆包括间隔平行分布且两端固定在相对设置的侧模板外表面的横向反力杆，间隔平行分布且两端固定在相对设置的端模板外表面的纵向反力杆，横向反力杆及纵向反力杆的两端分别通过反力杆螺母固定于侧模板及端模板外表面。可以显而易见的是，在材质选用上应当考虑其结构强度以及抗拉性能的需要。

支撑套管的作用是轨道板在非工作状态下能够与加力后的反力杆形成自平衡，避免因反力杆的作用导致轨道板型腔的变形，优选的技术实现方式是，支撑套管包括同心套装于横向反力杆外表面的横向支撑套管，以及同心套装于纵向反力杆外表面的纵向支撑套管。上述同轴设置的结构优选采用断面为圆形的反力杆及与之适配的支撑套管。

本发明中的轨道板模具在轨道板制作中的应用优选包括如下工艺步骤：

a、反力杆加力并锁紧

将反力杆按照设置方向分别同步加力后紧固；

b、张拉

在预置脱模剂及预埋套管的轨道板型腔内放置钢筋笼，将预应力筋的两端分别与张拉装置连接后启动张拉千斤顶张拉至设定力值后持荷，锁紧张拉杆螺母；

c、轨道板浇注、振捣、蒸养；

d、放张

轨道板蒸养完成后，松开张拉杆螺母实现张拉力卸载；

e、顶出脱模：

由动力源同步上推顶升柱，驱动顶升盖板完成脱模。

申请人需要说明的是：

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“底模板”、“侧模板”、“端模板”、“一侧”、“另一侧”、“轴线”、“内表面”、“外表面”、“下表面”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明所具备的实质性特点及取得的显著技术进步在于：

1、本发明采用侧模板及端模板下方设置反力杆以及与之同轴套装的支撑套管，一是在非张拉作业是能够形成稳定的自平衡体系，保证轨道板型腔的结构稳定，二是在张拉作业时能够以底框架与底模板为支点，平衡由于张拉作业对侧模板及底模板上部所造成的弯矩。

2、采用由h型钢为结构件装配的井字形底框架结构，在增加底模板的结构强度并满足轨道板型腔不同方向结构受力的情况下，形成了对轨道板型腔内壁的有效支撑，经申请人实验证明，本发明中的轨道板模具在横向承受1920kn、纵向承受1280kn的双向施加张拉预应力后整体形变小于0.5mm。

3、本发明在底框架下设有与工作轨道适配的车轮，有效实现了单台座模具多工位转换，便于采用多型号变更的柔性流水化生产线进行工业化生产。

4、端模板、侧模板与底模板采用大于90度的特定夹角设计，在满足行业规范对轨道板规格要求的前提下，便于成型后轨道板的脱模作业，结合沿轨道板型腔轴线对称分布的顶升结构，在顶升结构同步作业时能够形成对轨道板的平稳支撑，进一步降低了脱模作业的故障率，减少了现有轨道板制作时需要反复打开并装配模具的繁琐工序，在减轻劳动强度、提高工作效率的同时，有效保证了轨道板型腔的稳定性。

5、在模具上采用与其他工位适配的模具定位销孔座，能够有效确保模具与生产线其它工位设备的精确定位，实现作业的准确性。

6、顶升柱沿轨道板型腔中心线对称分布，并对轨道板形成与其中心同心的顶升支撑面，为有效满足现有标准中对轨道板受力均匀及同步顶升的技术要求提供了技术保障。

附图说明

图1是本发明中模具的主视图。

图2是本发明中模具的俯视图。

图3是本发明中模具的仰视图。

图4是图2的a-a向半剖视图。

图5是图2的b-b向半剖视图。

图6是图3的c-c向局部剖视图。

图7是图3的d-d向全剖视图。

图8是图4中的ⅰ部局部放大图。

附图中的附图标记如下：

1、侧模板；2、端模板；3、底模板；4、横向支撑套管；5、浇注锥体；6、锥体螺杆；7、模具定位销孔座；8、底框架；9、横向反力杆；10、纵向反力杆；11、反力杆螺母；12、张拉杆螺母；13、纵向张拉杆；14、纵向固定杆；15、横向固定杆；16、横向张拉杆；17、第一纵向h型钢；18、第二纵向h型钢；19、顶升盖板；20、顶升柱；21、车轮；22、定位销；23、铰制孔螺栓；24、第一横向h型钢；25、第二横向h型钢；26、第三横向h型钢；27、纵向支撑套管。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所做出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。

本实施例的整体构思如图示，其中轨道板模具包括由侧模板1，端模板2及底模板3围设构成的轨道板型腔，侧模板1、端模板2与底模板3的配合面之间设有密封条，通过铰制孔螺栓23定位于底模板3下方且与侧模板1及端模板2采用定位销22形成可拆式连接的底框架8，组成轨道板型腔的侧模板1及端模板2上部设有与预应力筋适配的张拉装置，顶升机构位于底模板3表面，浇注锥体5用锥体螺杆6固定于底模板3的内表面；底框架8下表面装配有与工作轨道适配的车轮21，位于轨道板型腔下方的侧模板1及端模板2下部设有与张拉装置对应的反力杆结构，反力杆结构包括间隔平行分布且两端固定在相对设置的侧模板1及端模板2外表面的反力杆，同轴套装于反力杆外且其两端与相对设置的侧模板1及端模板2内表面贴合的支撑套管。

双向先张法预应力混凝土轨道板模具在双向先张法预应力混凝土轨道板制作中的应用。

所述的底框架8是由平行且间隔分布的横向h型钢，与横向h型钢垂直且平行间隔分布的纵向h型钢固定装配组成井字型框架，所述的横向h型钢，包括平行且间隔分布的第一横向h型钢24、第二横向h型钢25、第三横向h型钢26；纵向h型钢包括平行且间隔分布的第一纵向h型钢17、第二纵向h型钢18固定装配构成的井字型框架，固定装配采用焊接装配。

张拉装置包括分别设置于一侧端模板2及侧模板1上的固定杆，与固定杆相对且设置于另一侧端模板2及侧模板1上的张拉杆，位于轨道板型腔内的固定杆及张拉杆的内端设有与轨道板预应力筋两端适配的接口，固定杆及张拉杆中部设有复位弹簧，固定杆外端通过紧固构件将其装配于轨道板型腔外的侧模板1或端模板2外表面，张拉杆外端通过张拉杆螺母12装配于轨道板型腔外的另一侧侧模板2或端模板3外表面。接口采用与预应力钢筋端部适配的螺纹接口，固定杆外端的紧固构件采用螺母，因其属于现有技术，申请人在此不再赘述。

固定杆包括平行间隔设置于一侧侧模板1上的横向固定杆15、平行间隔设置于一侧端模板2上的纵向固定杆14；张拉杆包括与横向固定杆15相对且平行间隔设置于另一侧侧模板2上的横向张拉杆16、与纵向固定杆14相对且平行间隔设置于另一侧端模板2上的纵向张拉杆13。

顶升机构包括设于底模板3顶升开口内且由驱动机构驱动的顶升柱20，装配于顶升柱20顶端且与顶升开口形状适配的顶升盖板19，顶升盖板19在轨道板型腔内沿其中心线对称分布且对轨道板形成与轨道板型腔中心同心的矩形支撑面。

顶升盖板19与顶升开口的邻接部采用动密封配合，上述动密封采用设置于顶升开口内壁的密封圈。

所述的端模板2上对称开设有四个模具定位销孔座7。

所述的侧模板1或端模板2的内表面与底模板3的夹角为α，α＝93°

反力杆包括间隔平行分布且两端固定在相对设置的侧模板1外表面的横向反力杆9，间隔平行分布且两端固定在相对设置的端模板2外表面的纵向反力杆10，横向反力杆9及纵向反力杆10的两端分别通过反力杆螺母11固定于侧模板1及端模板2外表面。可以显而易见的是，在材质选用上应当考虑其结构强度以及抗拉性能的需要。

支撑套管包括同心套装于横向反力杆9外表面的横向支撑套管4，以及同心套装于纵向反力杆10外表面的纵向支撑套管27。上述同轴设置的结构优选采用断面为圆形的反力杆及与之适配的支撑套管。

轨道板模具在轨道板制作中的应用优选包括如下工艺步骤：

a、反力杆加力并锁紧

将反力杆按照横向反力杆同步加力后紧固、纵向反力杆同步加力后紧固的顺序进行；

b、张拉

在预置脱模剂及预埋套管的轨道板型腔内放置钢筋笼，将预应力筋的两端分别与张拉装置连接后启动张拉千斤顶张拉至设定力值后持荷，锁紧张拉杆螺母；

c、轨道板浇注、振捣、蒸养；

d、放张

轨道板蒸养完成后，松开张拉杆螺母实现张拉力卸载；

e、顶出脱模：

由动力源同步上推顶升柱20，驱动顶升盖板19完成脱模。