基于中歐規范鐵路橋梁動力分析對比研究

黃遠

本文從動力系數、動力分析要求、動力分析驗算等方面對中歐規范鐵路橋梁動力分析規定進行了詳細的對比總結，得出了很多具有研究價值的結論，為采用歐洲規范設計的橋梁提供經驗和參考。

一、引言

近年來，隨著經濟全球化進程加快以及中國“一帶一路”發展的需求，國內土建行業開始承建越來越多的海外工程。目前承建的海外工程項目，有很大一部分是采用歐洲混凝土結構設計規范（Eurocode）設計的，本文旨在通過對比分析歐洲規范和中國規范對鐵路橋梁動力分析不同的要求規定，從動力系數、動力分析要求、動力分析驗算等幾個方面詳細的總結分析，為海外工程項目的設計提供參考和指導。

二、動力系數

1.設計動力系數計算

（1）歐洲規范

（2）中國規范

中國《鐵路橋涵設計規范》（TB100002-2017）4.3.6規定：

①簡支或連續的鋼橋跨結構和鋼墩臺動力系數應按下式計算：

2.設計動力系數折減

（1）歐洲規范

（2）中國規范

高速鐵路、城際鐵路涵洞及結構頂面有填土的承重結構，頂面填土厚度大于3m時，可不計列車動力作用；頂面填土厚度小于等于3m時，動力系數應按下式計算，且不小于1.0。

3.運營動力系數計算

（1）歐洲規范

三、動力分析要求

1.歐洲規范

EN1991-2 6.4.4 規定在進行橋梁結構動力分析時，確定是否需要靜力或動力分析的流程圖（詳見規范）。

2.中國規范

中國鐵路橋涵設計規范(TB10002-2017)5.2.2條 簡支梁豎向自振頻率應符合下列規定：

（1）設計時速200km及以上時，簡支梁豎向自振頻率不應低于規范規定的限值，跨度16m簡支梁豎向自振頻率不應低于6.25Hz。

（2）高速鐵路運行車長24～26m的動車組、跨度不大于32m的混凝土雙線簡支箱梁，當梁體自振頻率不低于限值要求時，梁部結構設計可不進行車橋耦合動力響應分析。

四、動力分析的驗算

1.歐洲規范

EN1991-26.4.6.5中規定為了保證列車運行交通安全，需要滿足歐洲規范對于動力分析驗算的規定，主要是滿足橋面加速度響應限值的要求以及最不利荷載設計要求。

2.中國規范

車橋耦合動力分析主要用于判斷高速列車通過橋梁時的允許安全性和乘坐舒適性。列車允許安全性主要涉及車輛在橋上是否會出現脫軌以及對軌道產生過大橫向力的問題。中國《鐵路橋涵設計規范》（TB10002-2017）第5.1.2條規定：

（1）車橋耦合動力響應指標應符合該規范的規定。

（2）高速鐵路、城際鐵路、客貨共線鐵路車體豎向振動加速度αz不應大于1.3m/s2（半峰值），橫向振動加速度αy不應大于1.0m/s2（半峰值）。

（3）高速鐵路、城際鐵路可按斯佩林舒適度指標選用。

（4）設計時速200km客貨共線鐵路、高速鐵路、重載鐵路橋面板在20Hz及以下的豎向振動加速度限值，有砟橋面時不應大于3.5m/s2，無砟橋面時不應大于5.0m/s2（半峰值）。

五、結語

（1）動力系數：中歐規范計算方法不同，折減計算條件也不同，且歐洲規范規定動力系數不與真實列車荷載、疲勞列車荷載模型、HSLM荷載模型和空車荷載模型產生的效應一起使用。以18m和30m簡支梁計算為例，中歐規范設計動力系數計算結果差別較小，但是運營動力系數的計算結果差距非常大，運營動力系數歐洲規范計算結果分別高出78.3%（18m跨簡支梁）和50.2%（30m跨簡支梁）。

（2）動力分析要求：以高速鐵路簡支梁為例，計算中歐規范動力檢算標準限值，中國規范和歐洲規范在對于在250km/h，300km/h，350km/h這三個速度段的動力分析要求雖然規定的標準不同，但統一按照一階自振頻率的計算方式進行換算之后，對于橋梁自身動力特性的規定是基本一致的。

（3）動力分析驗算：歐洲規范與中國規范不同之處在于，歐洲規范動力分析得到的結果需要和靜力分析結果乘以φ值得到的值做比較，用得到的最不利荷載效應進行橋梁設計，而中國規范無此要求，其余規定基本一致。