客貨共線鐵路列車荷載圖式探討

羅錦章

（中國鐵路鄭州局集團有限公司工電檢測所，鄭州 450052）

為適應(yīng)我國鐵路運輸特征的變化，2016年國家鐵路局發(fā)布了TB/T 3466—2016《鐵路列車荷載圖式》[1]，明確了不同線路類型采用的列車荷載圖式。2017年國家鐵路局批準(zhǔn)發(fā)布的TB 10002—2017《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》[2]明確要求鐵路橋涵設(shè)計采用的荷載標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合TB/T 3466—2016的規(guī)定。在使用規(guī)范的過程中，發(fā)現(xiàn)TB/T 3466—2016中客貨共線荷載比中-活載在中、大跨度橋梁上的荷載效應(yīng)有一定的提升，對小跨度橋涵或橋梁中的局部桿（構(gòu)）件的荷載效應(yīng)并沒有明顯的改善。因此，本文對客貨共線荷載、中-活載與普速鐵路線路運營荷載在橋梁結(jié)構(gòu)不同影響線加載長度上的荷載效應(yīng)進行對比分析，提出荷載圖示的修改建議。

1 中-活載與典型貨車荷載對比

中-活載標(biāo)準(zhǔn)圖式是在蒸汽機車牽引背景下并考慮一定發(fā)展儲備制定的[3]。在過去的幾十年里，中-活載圖式發(fā)揮了積極的作用，滿足了鐵路發(fā)展的需要。近年來，我國鐵路運輸特征發(fā)生了巨大變化，普速鐵路線路牽引機車的軸重普遍為25 t，貨車以C70為主，軸重達(dá)到了23.45 t。為了將普速鐵路線路運營貨車荷載與中-活載對橋梁結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)進行對比，構(gòu)造典型貨車荷載列為1輛HXD3（軸重25 t）+14輛C70，全長212.1 m，計算其在不同加載長度以及最大縱坐標(biāo)分別在端部、1/8處、1/4處、3/8處、1/2處影響線的換算均布荷載[4]，并與中-活載相應(yīng)均布荷載進行對比，見圖1。

圖1 典型貨車荷載與中-活載對比

由圖1可知：①影響線加載長度為1～8 m時，典型貨車荷載與中-活載的荷載效應(yīng)比為0.72～1.00，中-活載與典型貨車荷載相比，荷載儲備偏小，特別是在加載長度小于3 m時比值為1.00，即運營荷載與設(shè)計荷載一致，沒有任何儲備，這是小橋涵及橋梁局部桿（構(gòu)）件病害較多的原因[5]。②影響線加載長度為9～120 m時荷載效應(yīng)比小于0.80，表明荷載有較大儲備；③影響線加載長度大于120 m時荷載效應(yīng)比為0.80～0.85，荷載儲備比前者有所減小；④整個圖形向下凸出，比值為0.70～1.00，且離散性較大，表明中-活載荷載儲備不均衡，有必要對中-活載圖式進行修改。

2 客貨共線荷載與典型貨車荷載對比

按照上述方法對典型貨車荷載與客貨共線荷載進行對比分析，計算結(jié)果見圖2。

圖2 典型貨車荷載與客貨共線荷載對比

由圖2可知：①影響線加載長度大于5 m時，典型貨車荷載與客貨共線荷載的荷載效應(yīng)比為0.65～0.75，且基本呈水平分布，這表明客貨共線荷載比典型貨車荷載具有較大儲備，在不同影響線加載長度的結(jié)構(gòu)上荷載儲備均衡，為開行大軸重貨車預(yù)留了條件。②影響線加載長度小于5 m時，荷載效應(yīng)比接近或等于1.00，荷載儲備明顯不足，表明小跨度橋涵及局部桿（構(gòu)）件的荷載效應(yīng)與中-活載相比并沒有明顯改善，使得按此荷載設(shè)計的不同跨度橋梁在后期運營過程中活載發(fā)展富裕度不一致。

3 客貨共線荷載修改建議

采用相同方法將客貨共線荷載與中-活載進行荷載效應(yīng)對比計算，發(fā)現(xiàn)客貨共線荷載效應(yīng)比中-活載提高了約6%。其中，影響線加載長度在7 m左右的小橋涵或局部受力桿（構(gòu)）件提高幅度較大，為14%，結(jié)構(gòu)整體荷載儲備增大，但影響線加載長度小于5 m的小橋涵或局部受力桿件荷載儲備明顯不足。

小橋涵及橋梁中的局部受力桿件其影響線加載長度一般小于10 m，荷載效應(yīng)僅受荷載圖式中特種荷載的影響。為此，給出2種建議荷載進行對比計算，即將客貨共線荷載中特種荷載圖式的集中荷載調(diào)整為280 kN[6]，并保持集中荷載間距1.4 m不變作為建議荷載1，調(diào)整集中荷載間距為1.6 m作為建議荷載2。

圖3 典型貨車荷載與建議客貨共線荷載對比

將2種建議特種荷載圖式與客貨共線普通荷載圖式進行組合，再與普速線路典型貨車荷載對比，計算結(jié)果見圖3。可知：①影響線加載長度小于5 m時，典型貨車荷載與2種建議客貨共線荷載的比值均小于0.90，表明建議荷載的荷載效應(yīng)明顯提高；②影響線加載長度為4～12 m時，建議客貨共線荷載1的曲線向下凸出，數(shù)據(jù)點離散、比值偏離平均值，表明該區(qū)段荷載儲備偏大。建議客貨共線荷載2的曲線平坦、數(shù)據(jù)集中，比值更接近平均值，表明建議客貨共線荷載2比建議客貨共線荷載1更合理。

因此，將建議荷載2與客貨共線荷載圖式中的普通荷載組合為建議客貨共線荷載圖式，見圖4。

圖4 建議客貨共線荷載圖式（單位：m）

將建議客貨共線荷載與客貨共線荷載進行對比，計算結(jié)果見圖5。可知：①影響線加載長度大于10 m時，建議客貨共線荷載與客貨共線荷載的荷載效應(yīng)基本一致；②影響線加載長度小于10 m時，建議客貨共線荷載比客貨共線荷載的荷載效應(yīng)平均提高了4%，影響線加載長度小于3 m時平均提高了7%。

圖5 建議客貨共線荷載與客貨共線荷載對比

綜上，建議客貨共線荷載改善了客貨共線荷載在影響線加載長度較小時荷載儲備不足的問題。影響線加載長度較小主要控制小跨度橋涵、大橋的局部結(jié)構(gòu)或桿件（如鋼梁的吊桿、縱橫梁等）的計算強度，而在一條鐵路線路上小橋涵所占投資比例較小，因荷載變化而增加的建設(shè)投資成本可以忽略不計。

4 荷載圖式修改建議

TB/T 3466—2016中規(guī)定了4種鐵路荷載圖式，4種圖式中普通荷載圖式的荷載類型、布置、間距相同，特種荷載圖示的荷載類型、布置一致，區(qū)別僅在于集中荷載的間距。按照本文的分析方法，將高速鐵路、城際鐵路、客貨共線、重載鐵路荷載統(tǒng)一為一個荷載圖式，暫命名為新“中”荷載，見圖6。圖中，z1，z2，z3為系數(shù)。令Z=（z1，z2，z3）。當(dāng)Z=（1.00，1.00，1.00）時為客貨共線鐵路荷載；Z=（0.75，0.80，0.90）時為高速鐵路荷載；Z=（0.56，0.60，0.68）時為城際鐵路荷載；Z大于1時為重載鐵路荷載。

圖6 新“中”荷載圖式（單位：m）

5 結(jié)語

將TB/T 3466—2016《鐵路列車荷載圖式》中4種鐵路荷載圖式修改為新“中”荷載后，鐵路荷載圖式由4種簡化為1種，減小了荷載圖式的復(fù)雜性，解決了小跨度橋涵及橋梁局部桿件等影響線加載長度較小、荷載儲備不足的問題，為運營活載的發(fā)展預(yù)留了條件。