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(tuán)有限公司工電檢測所，鄭州 450052）

為適應(yīng)我國鐵路運(yùn)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(jì)規(guī)范》[2]明確要求鐵路橋涵設(shè)計(jì)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(yùn)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(jìn)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(jī)車牽引背景下并考慮一定發(fā)展儲(chǔ)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(yùn)輸特征發(fā)生了巨大變化，普速鐵路線路牽引機(jī)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(yùn)營貨車荷載與中-活載對橋梁結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)進(jìn)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(jì)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(jìn)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(shí)，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(chǔ)備偏小，特別是在加載長度小于3 m時(shí)比值為1.00，即運(yùn)營荷載與設(shè)計(jì)荷載一致，沒有任何儲(chǔ)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(shí)荷載效應(yīng)比小于0.80，表明荷載有較大儲(chǔ)備；③影響線加載長度大于120 m時(shí)荷載效應(yīng)比為0.80～0.85，荷載儲(chǔ)備比前者有所減小；④整個(gè)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(chǔ)備不均衡，有必要對中-活載圖式進(jìn)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(jìn)行對比分析，計(jì)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(shí)，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(chǔ)備，在不同影響線加載長度的結(jié)構(gòu)上荷載儲(chǔ)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(shí)，荷載效應(yīng)比接近或等于1.00，荷載儲(chǔ)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(jì)的不同跨度橋梁在后期運(yùn)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(jìn)行荷載效應(yīng)對比計(jì)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(chǔ)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(chǔ)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(jìn)行對比計(jì)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(jìn)行組合，再與普速線路典型貨車荷載對比，計(jì)算結(jié)果見圖3。可知：①影響線加載長度小于5 m時(shí)，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(shí)，建議客貨共線荷載1的曲線向下凸出，數(shù)據(jù)點(diǎn)離散、比值偏離平均值，表明該區(qū)段荷載儲(chǔ)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(jìn)行對比，計(jì)算結(jié)果見圖5?？芍孩儆绊懢€加載長度大于10 m時(shí)，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(shí)，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(shí)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(shí)荷載儲(chǔ)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(jì)算強(qiáng)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(jì)。

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(gè)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(shí)為客貨共線鐵路荷載；Z=（0.75，0.80，0.90）時(shí)為高速鐵路荷載；Z=（0.56，0.60，0.68）時(shí)為城際鐵路荷載；Z大于1時(shí)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(chǔ)備不足的問題，為運(yùn)營活載的發(fā)展預(yù)留了條件。