田傳畢，張杰勝 （中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前 言

試車(chē)場(chǎng)是專(zhuān)為測(cè)試汽車(chē)的綜合性能而特別設(shè)計(jì)建設(shè)的場(chǎng)地，試驗(yàn)場(chǎng)的高速環(huán)道是汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)的主體設(shè)施，是供汽車(chē)進(jìn)行連續(xù)高速行駛試驗(yàn)的閉合循環(huán)跑道，在很大程度上它代表著汽車(chē)試驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)水平和規(guī)模。試驗(yàn)場(chǎng)高速環(huán)道的成型的空間精度直接決定著試車(chē)場(chǎng)建設(shè)的成敗，其高速環(huán)道緩和曲線段模板的制作是施工的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1 高環(huán)曲面理論計(jì)算分塊

高速環(huán)道的平面線形為直線、緩和曲線、圓曲線，其中緩和曲線采用布勞斯曲線；橫斷面設(shè)計(jì)為三次拋物線，硬路肩為一次函數(shù)，在緩和曲線段，其任意里程緩和曲線的橫斷面線形都是是唯一的，根據(jù)以直代曲、以點(diǎn)代面的理論，將高速環(huán)道理論空間曲面分割成足夠小的實(shí)體單元。分割原則:保證每塊幾何中心的最大理論矢距不超過(guò)0.5mm，示意圖如圖1。

2 高速環(huán)道曲面模板劃分

2.1 模板縱向?qū)挾葎澐?/h3>

板塊劃分的原則是每個(gè)板塊的面積不大于25m2。 由于現(xiàn)場(chǎng)施工的提漿機(jī)的最大控制寬度為5m，所以板塊的最大寬度為5m。 且要滿足板塊寬度的以直代曲的最大允許偏差S≤2mm，如圖2。 以圓曲線高速車(chē)道中心線為例：半徑R=580m，R'=580/sin（37.994°）=942.202m。

式中：S——取2mm 可以得到B 的最大值

R——緩和曲線上任意點(diǎn)處的半徑， 其中圓曲線上R0=580m，緩和曲線上R=R0L/l；L 為緩和曲線全長(zhǎng)，l 為對(duì)應(yīng)半徑處的緩和曲線長(zhǎng)

按以上原則， 經(jīng)計(jì)算， 緩和曲線上的板塊劃分寬度為3.5m～5m，圓曲線上板塊寬度為3.5m。

2.2 模板橫向?qū)挾葎澐?/h3>

橫向?qū)挾鹊膭澐衷瓌t為滿足模板制作時(shí)模板徑向斷面高程與設(shè)計(jì)斷面高程相差不大于1mm，且現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)搬運(yùn)方便。

2.2.1 模板斷縫劃分

因模板斷縫處會(huì)出現(xiàn)混凝土自然成型的施工縫，為減少車(chē)輛行駛時(shí)駕駛員的不適感，一般將模板斷縫設(shè)置在各車(chē)道中心線及各車(chē)道邊線。每個(gè)車(chē)道水平距離寬為3.75m，各半車(chē)道頂口弧長(zhǎng)分別為1.881m、1.918m、1.997m、2.118m、2.284m、2.488m、2.083m，模板單塊重量不大于50kg，人工搬運(yùn)較為方便，即整個(gè)高環(huán)橫斷面由6個(gè)弧線模板與一個(gè)直線模板組成。

2.2.2 模板橫向?qū)挾葎澐?/p>

模板面板寬度為45cm、厚度為4mm，使用數(shù)控機(jī)床切割鋼板制作模板時(shí)，鋼板易受熱變形，面板立面的平整度無(wú)法滿足使用要求，需先用氧氣、乙炔切割鋼板然后使用砂輪將模板四個(gè)邊緣打磨。而設(shè)計(jì)單位僅提供了高環(huán)橫斷面的線性類(lèi)型及相關(guān)CAD圖紙，需將斷面的線性方程解算以確認(rèn)模板的橫向?qū)挾取?/p>

以低速車(chē)道下端點(diǎn)豎直向下27.2m為原點(diǎn)，水平切線方向?yàn)閄軸、豎直方向?yàn)閅軸建立直角坐標(biāo)系，如圖3。

三次拋物線的方程為y=ax3+bx2+cx+d，一次函數(shù)直線方程為y=kx+d0。以圓曲線橫斷面為例使用待定系數(shù)法結(jié)算線性如下。

橫斷面擬合數(shù)據(jù)對(duì)比表 表1

①在中速、高速車(chē)道區(qū)段任意選擇4個(gè)點(diǎn)，并在設(shè)計(jì)圖紙點(diǎn)取對(duì)應(yīng)的x，y值，列出方程組（1）：

解算a、b、c、d代入方程后可得出y=ax3+bx2+cx+d的公式：y=0.00040427x3+0.036092x2-0.00219167x+27.20095625。

②在低速車(chē)道中任意選擇3個(gè)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)圖紙點(diǎn)取對(duì)應(yīng)的x、y值；當(dāng)x=3.75m時(shí)，即低速車(chē)道與中速車(chē)道的交界處切線斜率相同（導(dǎo)數(shù)相同）。從而列出方程組（2）。

解算a'、b'、c'、d'代入方程后可得出y=a'x3+b'x2+c'x+d'的公式：y=0.00040754x3+0.03606904x2+-0.00215760x+27.20097872。

③當(dāng)x=11.25m時(shí)，即高速車(chē)道與硬路肩的交界處切線斜率相同（導(dǎo)數(shù)相同）。從而列出方程組（3）。

計(jì)算出kx、d0值后代入方程后可得出的公式：y=0.963373333x+21.48185。

通過(guò)試算后得出的三次拋物線的各項(xiàng)系數(shù)k、a、b、c和a'、b'、c'、d'，得出的結(jié)果與在設(shè)計(jì)點(diǎn)位高程對(duì)比如表1。

由表中可以得出，通過(guò)待定系數(shù)法解算出的每25cm一個(gè)點(diǎn)的模板橫斷面數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)斷面數(shù)據(jù)相差不大于1mm，模板制作時(shí)使每個(gè)整車(chē)道為單獨(dú)數(shù)據(jù)表，不會(huì)出現(xiàn)因模板制作偏差而導(dǎo)致每套模板間不能交換使用，滿足模板制作要求。

3 模板的制作

3.1 模板的設(shè)計(jì)

按照設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，沿線路橫向布置模板，模板分成7塊。為了施工方便，低速車(chē)道、中速車(chē)道各由2塊模板組成，現(xiàn)場(chǎng)連接成一個(gè)整體；高速車(chē)道由2塊模板組成，硬路肩由1塊模板組成，現(xiàn)場(chǎng)連接成一個(gè)整體。

模板加固：模板背面采用3條沿模板長(zhǎng)度方向通長(zhǎng)的背帶，每50cm沿模板高度方向設(shè)置一道通長(zhǎng)背肋，每50cm設(shè)置一對(duì)三角鐵。

精度要求：平整度2mm，加工邊誤差0.5mm。

3.2 模板的剛度計(jì)算

3.2.1 計(jì)算依據(jù)

①模板參數(shù)

面板采用4mm鋼板；

背帶采用4mm鋼板，寬50mm，間距為220mm；

背肋采用4mm 鋼板，寬50mm，間距為250mm；

②材料參數(shù)

鋼的彈性模量E=210GPa

③計(jì)算依據(jù)

依據(jù)參數(shù)：重力密度γ=24kN/m3，模板高度0.45m,坍落度：5cm～9cm，β1=1，摻外加劑，β2=1.2。

根據(jù)以上資料， 計(jì)算最大側(cè)壓力值P=ρhβ1β2=24×0.45×1×1.2=12.96kN/m2，考慮安全、吊運(yùn)、模板使用次數(shù)及不定向等因素，取修正系數(shù)為2，因此計(jì)算時(shí)的壓力值為：

F=2×12.96=25.92 kN/m2

3.2.2 背帶計(jì)算

①?gòu)?qiáng)度驗(yàn)算：桁架縱向按連續(xù)梁承受均布荷載計(jì)算，查表得最大彎矩：M=0.101ql2最大撓度：

故強(qiáng)度足夠。

②撓度驗(yàn)算：

故撓度足夠。3.2.3 背肋計(jì)算

①?gòu)?qiáng)度驗(yàn)算：豎向肋按連續(xù)梁承受均布荷載計(jì)算，

查表得最大彎矩：M=0.101ql2

最大撓度：ω=0.99ql4/100EI

故強(qiáng)度足夠。

②撓度驗(yàn)算：

故撓度足夠。

3.3 模板的加工

按照設(shè)計(jì)尺寸在鋼板上定出各個(gè)模板頂口及底口線的位置，并使用氣割將模板切割至距離設(shè)計(jì)邊2mm 左右的位置，然后使用砂輪將模板頂口與底口打磨到位。

3.4 模板的驗(yàn)收

清理出8m×15m 的地坪對(duì)模板進(jìn)行檢查：?jiǎn)螇K模板的弦長(zhǎng)不得大于2mm、拼裝后的弦長(zhǎng)不得大于3mm，并派專(zhuān)人對(duì)模板進(jìn)行校正，拼裝使用前滿足精度要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了高速環(huán)道緩和曲線模板縱向和橫向的劃分，以及模板的制作、加工和驗(yàn)收，保證了模板的定位要求。此外， 本文還介紹了模板的裝定過(guò)程和怎樣提高定位精度和效率，為后期曲面混凝土灌注及其他方面施工提供了重要保障。

[1]GB50017-2011,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2011.

[2]DBJ08-68-97,輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[3]JGJ81-2002,建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002.