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基于VB 的轨枕模型设计校核软件的开发
孙文生
新疆天山建材（集团）有限责任公司，新疆乌鲁木齐830006
摘要：本文研究了轨枕模型的设计方法，实现了轨枕模型的全参数化设计，并且根据给定的部件参数，软件可以给出最优配置，通过软件计算，对轨枕模型设计、制作，以及轨枕的生产都有很好的指导意义。
关键词：轨枕；模型；设计
中国从50年代开始生产预应力混凝土轨枕，轨枕型号经历了I型枕-IV 型枕的发展历程，轨枕的重量由240kg提高到460kg，轨枕的张拉力从最初的250kN提高到目前的680kN，高速岔枕的张拉力甚至达到了
740kN. 目前国内预应力混凝土轨枕普遍采用长模生产工艺，轨枕的产品质量主要取决于轨枕的模型，因此轨枕模型的设计合理性是提高轨枕质量的前提。一至以来轨枕模型的设计主要是手工计算，甚至的凭经验进行设计。设计过程需要查阅大量的资料和手册，这就使得设计校核工作量大，数据繁琐，而且精确度低，设计效率低。本文应用VB6.0编程软件编制轨枕模型设计校核软件，实现了轨枕模型设计的参数化，提高了设计效率和准确度，缩短了开发周期。
1 轨枕模型设计概述
目前国内轨枕模具采用2x4或2x5结构形式，模型长度在10-13m，模型
截面如图2.2所示，模型主要部件由壳体、槽钢、角钢、扁钢、钢板等材料焊接而成，其中壳体采用8mm钢板冲压或拼焊而成，其他材料采用标准型钢。模型受力结构简化图如图2.1所示：模型生产时两端承受张拉力N，张拉力由轨枕型号决定，张拉力范围在350kN-740kN之间，张拉中心与形心不重合时会产生附加弯矩，模型会产生挠度；A、B位置是模型的起吊点，起吊时模型在模型自重和轨枕重量作用下，中心处会产生向下的挠度，两端会产生向上的挠度。挠度过大将会对轨枕的丝位产生严重的影响，不仅使丝位超差，
也会影响轨枕的枕中的静载抗裂强度。
图2.1 
轨枕模型受力示意图
图2.2 模型截面示意图
2 设计原理
2.1 挠度计算由材料力学公式，各状态下的挠度为：由张拉力N引起的中间挠度，由q引起模型中间挠度：由q引起模型端部挠度：式中：
N为模型张拉力，e为偏心距，L为模型长度，B为折算刚度，，
q为均布载荷，由模型自重和轨枕重量共同作用产生。
2.2 最佳吊点位置：要使模型变型量最小，y C1=y D ，
得出 l =0.223L.2.3 强度计算
 其中：
式中：N为张拉力，A C 为中间截面面积，M C 为中间截面弯矩，W C 为中间截面抵抗矩。
3 软件设计
3.1 数据库模块：数据模块采用EXCEL表格进行设计，方便设计和更改。
数据库模块主要存储各型轨枕的基本参数（表4.1），各部件的参数：截面积、惯性矩以及部件外形详细尺寸，以槽钢为例（表4.2）
，
表4.1 
轨枕模型参数
表4.2 槽钢参数
3.2 参数选择界面
参数选择界面主要使用OWC控件、CheckBox控件、ComboBOX控件、CommandButton控件组成，CheckBox控件用来控制该部件是否参与计算，ComboBOX控件用来选择部件规格，OWC控件用来显示各部件参数，如图
4.1所示。
图4.1 参数选择运行截图
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3.3 结果输出界面
参数选择界面主要使用OWC控件、PictureBOX控件、CommandButton、DirListBox控件、FileListBox控件组成，主要实现以下功能：
1）显示各部件截面积、形心、惯性矩计算结果；2）显示模型张拉中心、壳体形心、偏心距、惯性矩、挠度、强度、单位重量等计算结果；
3）根据用户选择的参数绘制模型截面图；4）存储、
调取模型计算结果。
图4.2 结果输出界面截图
3.4 设置界面
设置界面分为两部分，第一部分用来设置材料的弹性模型、屈服强度、材料安全系数、焊接安全系数；
第二部分用来设置自动计算参与计算的部件。
3.5 代码编制1）计算子程序计算过程：读取各部件参数和材料参数，模型壳体属于非标件，首先计算壳体的形心和惯性矩，然后利用for循环语句计算模型的惯性矩和形心，
利用前文公式对相关数值进行计算。
图4.3 计算子程序流程图
部分程序代码For i = 0 To 9 If Check1（i ）.Value = 1 Then   S = S + y （i ）* A （i ）  A0 = A0 + A （i ） End If Next
yc = S / A0For i = 0 To 9 If Check1（i ）.Value = 1 Then   I0 = I0+ 2 * I （i ） End If Next
计算张拉中心，程序代码：
For i = 1 To 4          ‘丝位起始数据位置 n = n + sw （i，1）.Value      ‘计算钢筋数量  For j = 1 To i
   temp = temp + sw （j，2）.Value   Next
vb软件开发
ep = ep + sw （i，1）.Value * temp temp = 0Next
ep = ep / n        ‘计算张拉中心
yC0 = 0.125 * N *e0 * L0^ 2 / B       ‘模型中部由张拉力引起的变形YC1 = q * m * l ^ 3 *（3 *λ^ 3 + 6 *λ^ 2 - 1）/（24 * B ）‘模型端部由模型由q引起的变形
YD= q * l  ^ 4 *（5 -λ^ 2）/（384 * B ）‘模型中部由模型由q引起的变形mc = N * e0 + q * L0 *（l / 4 – L0 / 8）wc = IC / ymax
σc = N / A0+ mc / wc  ‘强度计算2）自动计算程序：
开发人员根据需要设置需要的部件，每个部件选择不同的规格型号，软件根据选择的参数，自动计算所有的排列组合，并计算出所有排列组合的挠度、强度及单位重量，并从中筛选出最佳的设计方案推荐给开发人员。
流程图如图4.4所示：
图4.4 自动计算模块流程图
3.6 绘制模具截面图
利用获得的各部件外形尺寸数据，换算为平面内坐标值，使用 line命令进行绘制；
line命令使用格式：Picture1.Line （x （i ），y （i ））-（x （i + 1），y （i + 1））3.7 存储数据计算完成后，将设计参数、计算结果、界面截图存储到Excel文件中，方便以后查询使用。
结束语
利用编程软件VB6.0进行编程，开发轨枕模型设计的辅助软件，实现了轨枕模型设计的参数化，实时将计算结果输出，并将模型截面图进行绘制。软件采用了智能化算法，将最优配置推荐给设计者。利用本软件，在设计初期，可得到模型的最优设计，省去繁琐的设计过程；在模型制作过程中，可指导模型制作，根据部件的实际情况对设计进行适当调整，满足使用要求；模型维修时给出建议，确定维修和加固方案。
参考文献：
[1] 张生瑞.在均布荷载作用下外伸梁最佳支座位置问题探讨[J].黄河水利职业技术学院学报，2002（1）：38-39
[2] GB50017-2017，钢结构设计规范（S ）.中国建筑工业出版社，2018作者简介：孙文生（1975年-），毕业于长沙铁道学院，1998年-2019年任职于中铁物资平顶山轨枕有限公司，现任职于新疆天山
建材（集团）有限责任公司，高级工程师，从事混凝土制品生产、工艺技术工作。