重載鐵路鋼桁梁橋受力性能適應性的研究

李新雷

摘 要：鐵路是國民經濟的大動脈，關系國民經濟的發展和人民的出行。因此，國家大力建設鐵路工程，鐵路工程的規模位居世界前列。為了滿足貨運需求，在既有的線路上開設重載列車。但是重載列車對橋梁的安全性和可靠性產生不利影響。所以分析重載橋梁的受力性能進行分析，才能確保鐵路橋梁的運行安全性。

關鍵詞：重載鐵路；剛桁橋梁；受力性能；安全性

我國重載鐵路起步的時間晚，上個世紀八十年代才開始發展，但是發展迅速，2006年大秦線2萬噸組合列車的在全國的推廣，我國重載鐵運輸也在不斷發展。2014年中國鐵路總公司在大秦鐵路進行牽引重量3萬噸的重載列車試驗，取得了圓滿成功。這是我國鐵路重載運輸的重大突破。鐵路運力和經濟效益得到了極大的提高，橋梁作為鐵路運輸重要的組成部分，在運輸過程中，橋梁受到很大的沖擊，對橋梁結構造成一定的沖擊振動，嚴重威脅鐵路運輸的行車安全。所以分析重載鐵路鋼桁橋梁的受力情況。

一、工程概況

某橋梁工程是一座鐵路特大橋，該大橋總投資24167萬元，橋梁長度為10282米，是當年建設最長的單線鐵路橋。橋梁設計荷載為中級，地震烈度防設為7級。該鐵路大橋為4x108米的連續剛桁橋梁，桿件使用梁單元，單元之間用剛性連接。

二、建筑工程整體受力性能適應性分析

（一）豎向擾度分析

為了確保鐵路行車的安全，橋梁具有一定的豎向剛度，根據我國《鐵路橋梁鋼結構設計規范》的相關規定，鋼桁梁由靜活載引起的豎向擾度，連續桁架梁的邊跨不能大于l/900，中跨不能大于l/750，l表示跨的跨長，由此得出鋼桁梁的豎向擾度值。f邊跨=108/900=0.12m=120mm f中跨=108/750=0144m=144mm.按照普通中-活載和30噸重載列車活載，分別計算各跨的跨中的擾度值，規范限制和普通中-活載下豎向擾度比值是中-活載豎向擾度系數的K（中）fv，30噸重載下和普通中-活載下豎向擾度的增長比為nfv，30噸軸重活載下豎向擾度比值是其發展系數的K（重）fv，具體測試結構見表1：

（二）水平擾度

根據鐵路橋梁設計規范要求，橋梁橫向變形的計算荷載分別是：橫向搖擺力、風荷載、離心力，在計算橋梁的受力性能的時候，要綜合分析橫向要百利和風力的作用，確保橋梁的水平擾度不能小于梁計算跨度的l/4000，也計算是108/4000=27mm。橫向風荷載以及列車橫向搖擺力的作用下，可以采取四種荷載組合方式：其一，無車橫風與列車搖擺力1，這種結合方式列車搖擺力位于跨中邊跨的位置；其二，無車橫風與列車搖擺力2，這種組合方式，列車搖擺力與第一種一樣；其三，有車橫風與列車搖擺力1；其四，有車橫風與列車搖擺力。

（三）桿件局部受力性能適應性分析

根據該工程的實際情況，本鐵路橋梁的荷載組合方式有：第一，橫載+活載（主力1）；第二，橫載+活載+列車搖擺力（主力2），其中列車的搖擺力在邊跨跨中；第三，制動力+主力1，其中制動力在邊跨跨中；第三，橫向風力+主力2，其中列車搖擺力在邊跨跨中。桿件在橋梁桁架具有重要作用，鐵路橋梁設計的時候，要確保桿件的安全性，確保桿件應力符合建筑設計規范要求。本鐵路橋梁的桿件使用16Mnq型鋼，根據不同的荷載組合方式，橋梁桁架容許應力也不同，要根據工程的實際情況去分析，提高其安全系數。其中荷載組合第一、第二種方式提高系數是1，第三鐘組合方式是1.25，第四種方式是1.2。其次在設計的時候，還要考慮到橋梁桁架的運行環境，桿件應力還要確定安全儲備系數，容許應力與實際應力的比值就是安全儲備系數，對其測試取得的結果見表2。

得出以下結論，普通中-活載與30噸重載列車，橋梁鋼桁架各個桿件在各種荷載組合的實際應力必須達到容許應力的要求，也就是應力安全儲備系數必須大于1，但是在30噸重載列車作用下，橋梁鋼桁架的應力安全儲備系數出現了下降，下降率達到了12%-30%，其中斜桿的安全儲備系數最小。所以在設計的時候要考慮到這些因素。其次，在計算的時候還要根據疲勞荷載組合計算橋梁的橫載與活載，以及列車豎向荷載等等，分析不同荷載下疲勞強度，從而計算各類桿件的疲勞安全儲備系數。

三、結語

通過對這特大鐵路橋梁的鋼桁架受力情況進行分析，得出鋼桁架在不同荷載組合條件下的整體受力性能分析、豎向擾度、水平擾度以及局部桿件受力性能、發現30噸重載下鋼桁架梁的豎向擾度能夠滿足橋梁運行需求，桿件局部受力性能在30噸重載列車上，鋼桁架桿件在各種荷載組合形式，其應力能夠滿足橋梁的容許應力，但是應力安全儲備系數卻下降。所以在設計的時候，一定要根據實際情況，進行測試，確保橋梁運行安全。

參考文獻：

[1]李運生，刁云峰，張彥玲等.鐵路鋼桁梁橋在重載列車下的受力適應性分析[J].石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2016，29（4）：1-7.

[2]李保龍.重載鐵路64m下承式鋼桁梁橋運營性能研究[J].國防交通工程與技術，2012，10（5）：13-16.

[3]徐新利.重載運輸條件下鐵路下承式鋼桁梁力學行為分析[J].石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2015，（1）：45-49.