基于中歐規(guī)范鐵路橋梁動力分析對比研究

黃遠

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

一、引言

近年來，隨著經(jīng)濟全球化進程加快以及中國“一帶一路”發(fā)展的需求，國內(nèi)土建行業(yè)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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（Eurocode）設(shè)計的，本文旨在通過對比分析歐洲規(guī)范和中國規(guī)范對鐵路橋梁動力分析不同的要求規(guī)定，從動力系數(shù)、動力分析要求、動力分析驗算等幾個方面詳細(xì)的總結(jié)分析，為海外工程項目的設(shè)計提供參考和指導(dǎo)。

二、動力系數(shù)

1.設(shè)計動力系數(shù)計算

（1）歐洲規(guī)范

（2）中國規(guī)范

中國《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》（TB100002-2017）4.3.6規(guī)定：

①簡支或連續(xù)的鋼橋跨結(jié)構(gòu)和鋼墩臺動力系數(shù)應(yīng)按下式計算：

2.設(shè)計動力系數(shù)折減

（1）歐洲規(guī)范

（2）中國規(guī)范

高速鐵路、城際鐵路涵洞及結(jié)構(gòu)頂面有填土的承重結(jié)構(gòu)，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(shù)應(yīng)按下式計算，且不小于1.0。

3.運營動力系數(shù)計算

（1）歐洲規(guī)范

三、動力分析要求

1.歐洲規(guī)范

EN1991-2 6.4.4 規(guī)定在進行橋梁結(jié)構(gòu)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(guī)范）。

2.中國規(guī)范

中國鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范(TB10002-2017)5.2.2條 簡支梁豎向自振頻率應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）設(shè)計時速200km及以上時，簡支梁豎向自振頻率不應(yīng)低于規(guī)范規(guī)定的限值，跨度16m簡支梁豎向自振頻率不應(yīng)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(dāng)梁體自振頻率不低于限值要求時，梁部結(jié)構(gòu)設(shè)計可不進行車橋耦合動力響應(yīng)分析。

四、動力分析的驗算

1.歐洲規(guī)范

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

2.中國規(guī)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(xiàn)脫軌以及對軌道產(chǎn)生過大橫向力的問題。中國《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》（TB10002-2017）第5.1.2條規(guī)定：

（1）車橋耦合動力響應(yīng)指標(biāo)應(yīng)符合該規(guī)范的規(guī)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(yīng)大于1.3m/s2（半峰值），橫向振動加速度αy不應(yīng)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(biāo)選用。

（4）設(shè)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(yīng)大于3.5m/s2，無砟橋面時不應(yīng)大于5.0m/s2（半峰值）。

五、結(jié)語

（1）動力系數(shù)：中歐規(guī)范計算方法不同，折減計算條件也不同，且歐洲規(guī)范規(guī)定動力系數(shù)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(chǎn)生的效應(yīng)一起使用。以18m和30m簡支梁計算為例，中歐規(guī)范設(shè)計動力系數(shù)計算結(jié)果差別較小，但是運營動力系數(shù)的計算結(jié)果差距非常大，運營動力系數(shù)歐洲規(guī)范計算結(jié)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(guī)范動力檢算標(biāo)準(zhǔn)限值，中國規(guī)范和歐洲規(guī)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(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)不同，但統(tǒng)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(guī)定是基本一致的。

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