64 m單線下承式鋼桁梁重載適應(yīng)性分析

高靜青　金　令　李先婷　韓曉方(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,北京　100055)Analysis of Heavy Duty Adaptability of Through Steel Truss Girder with 64 m Single LineGAO Jinqing　JIN Ling　LI Xiantin　HAN Xiaofang

64 m單線下承式鋼桁梁重載適應(yīng)性分析

高靜青金令李先婷韓曉方(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司,北京100055)Analysis of Heavy Duty Adaptability of Through Steel Truss Girder with 64 m Single LineGAO JinqingJIN LingLI XiantinHAN Xiaofang

摘要從強度、剛度、穩(wěn)定性以及疲勞等幾個方面對某線鐵路一座既有64 m單線鐵路栓焊下承鋼桁梁橋開行重載列車的適應(yīng)性展開相關(guān)研究，計算分析大軸重重載列車作用下結(jié)構(gòu)的受力。研究以平面計算為主，空間為輔，計算構(gòu)件及連接構(gòu)件的強度、穩(wěn)定性及疲勞的重載適應(yīng)性，發(fā)現(xiàn)和確定薄弱環(huán)節(jié)，確定既有鋼桁梁橋大軸重運輸?shù)倪m應(yīng)性，為今后開行大軸重列車提供技術(shù)支持和安全保障。

關(guān)鍵詞鋼桁梁重載平面計算適應(yīng)性分析

1概況

64 m單線鐵路栓焊下承桁梁材質(zhì)為16Mnq，節(jié)間長度為8 m，全橋共計8個節(jié)間，桁高11 m，主桁中心距為5.75 m，于1987年設(shè)計定型，設(shè)計荷載為中-活載。結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。截面特性如表1所示。

主桁：14.57 kN/m；聯(lián)結(jié)系：2.77 kN/m；橋面系：6.4 kN/m；高強螺栓：0.88 kN/m；橋面人行道、檢查設(shè)備、橋面重等：11.38 kN/m。每片主桁所受的恒載：p=18 kN/m。

2計算參數(shù)

2.1　檢算荷載

鋼桁梁重載承載能力適應(yīng)性研究中，檢算荷載采用三種荷載圖示：(1)中-活載設(shè)計荷載圖式，(2)中-活載檢算荷載圖式，(3)重載車輛荷載圖式，以對比分析既有鋼桁梁在原設(shè)計荷載、中-活載檢算荷載、重載車輛作用下的受力狀態(tài)。

(1)中-活載設(shè)計荷載

中-活載圖式見圖2。

(2)中-活載檢算荷載

中-活載檢算荷載圖式見圖3。

(3)重載車輛荷載

選取80 t級通用罐車GQ80組成的列車、80t級漏斗車KZ80組成的列車和80t級專用敞車C80組成的列車最不利荷載，分別以上述三種車型進行統(tǒng)一編組(GQ80統(tǒng)一編組(機車+N節(jié)車輛)、KZ80統(tǒng)一編組(機車+N節(jié)車輛)、C80統(tǒng)一編組(機車+N節(jié)車輛))。編組示意見圖4～圖6。

2.2　動力系數(shù)

鐵科院針對既有重載列車測試動力系數(shù)進行了分析統(tǒng)計，歸納提出適用于貨運專線動力系數(shù)計算公式

中-活載檢算荷載及重載車輛荷載的動力系數(shù)采用此公式計算。中-活載的動力系數(shù)按照規(guī)范取用，鋼材應(yīng)力根據(jù)規(guī)范進行板厚折減。

2.3　其他系數(shù)

風(fēng)荷載按照《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》(TB10002.1—2005)中4.4節(jié)規(guī)定進行計算。橋上有車時，風(fēng)荷載強度w=1 250 Pa，橋上無車時，風(fēng)荷載強度w=2 100 Pa。

橫向搖擺力取100 kN，作為一個集中荷載，取最不利位置，以水平方向垂直線路中心作用于鋼軌頂面。

3計算結(jié)果

3.1　平面計算

按照《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.2—2005)中4.1.2節(jié)規(guī)定，為簡化計算，可將橋跨結(jié)構(gòu)劃分為若干個平面系統(tǒng)來檢算各構(gòu)件。

在不同的檢算荷載作用下，主桁桿件、橋面系構(gòu)件、連接系及主桁撓度的計算結(jié)果見表2～表12。(注：重載車輛結(jié)果為GQ80、KZ80、C80包絡(luò)值。)

注：局部穩(wěn)定根據(jù)《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.2—2005)第5.3.3條注2規(guī)定放寬。

3.2　空間計算

在空間模型中(如圖7)分別施加中-活載、檢算荷載和GQ80、KZ80、C80的編組車輛荷載，荷載組合作用下鋼桁梁桿、構(gòu)件的受力情況見表13～表16。(注：重載車輛結(jié)果為GQ80、KZ80、C80包絡(luò)值)。

4結(jié)果分析及結(jié)論

4.1　平面計算與空間計算結(jié)果分析

空間計算較平面計算結(jié)果略小。對比結(jié)果見表17(重載車輛結(jié)果為GQ80、KZ80、C80包絡(luò)值)。

4.2　不同荷載作用下平面計算結(jié)果分析

通過對該64 m單線鋼桁梁的強度、穩(wěn)定性及疲勞等方面的計算分析，得出以下結(jié)論：

(1)采用平面模型和空間模型兩種方式，研究該64 m鋼桁梁各構(gòu)件的受力情況。空間計算較平面計算稍小，采用以平面計算為主、空間計算為輔的方式可行。

(2)從計算結(jié)果看，設(shè)計活載圖式有一定儲備，對軸重27 t的車輛進行檢算，除個別桿件外，大部分指標(biāo)滿足規(guī)范要求。對個別桿件進行加固后，其承載能力可滿足運行軸重27 t車輛的需要。

(3)對比計算結(jié)果，尤其是檢算荷載的特種荷載提高至280 kN的情況下，對影響線長度較短的局部桿件疲勞檢算比承載能力檢算更容易控制設(shè)計。與提速不同，提高軸重使鋼梁桿件尤其是直接承受車輛荷載的縱橫梁、豎桿應(yīng)力幅擴大，縮短鋼梁疲勞壽命。因此，提高局部受力桿件的疲勞強度是后續(xù)加固的重點。

參考文獻

[1]徐升橋，任衛(wèi)東，劉春彥.新光大橋的設(shè)計與施工[J].鐵道勘察,2007(增刊)

[2]高靜青.緬甸丹倫( 毛淡棉) 大橋連續(xù)鋼桁梁設(shè)計與施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2004(12)

[3]楊帆，徐升橋，劉永鋒.包神線黃河特大橋總體設(shè)計[J].鐵道勘察，2007(S1)

[4]徐升橋，任為東，李艷明，等.彭曉華丫髻沙大橋主橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2001,21(6)

[5]徐升橋.鐵路橋梁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)基本設(shè)計參數(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2011(3)

[6]高宗余.武漢天興洲公鐵兩用長江大橋總體設(shè)計[J].橋梁建設(shè),2007 (1)

[7]易倫雄.南京大勝關(guān)長江大橋大跨度鋼桁拱橋設(shè)計研究[J].橋梁建設(shè),2009(5)

[8]林元培，章曾煥，馬骉，等.上海市黃浦江盧浦大橋設(shè)計[J].土木工程學(xué)報,2005(1)

[9]中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程分會.面向創(chuàng)新的中國現(xiàn)代橋梁[M].北京：人民交通出版社，2013

[10]GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]

[11]TB 10002.2—2005鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]

中圖分類號：U441+.2

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)06-0078-04

作者簡介：第一高靜青(1965—)，女，教授級高級工程師。

收稿日期：2015-10-22