基于英標BS5400的鐵路框架橋設計

史莉莉

摘要：以斯里蘭卡MATARA-BELIATTA鐵路擴建工程框架橋為案例，以英標BS5400為設計標準，采用Midas板單元進行荷載模擬，受力分析，主要從框架橋構件抗彎、抗剪、裂縫進行計算，得出滿足英標BS5400規范要求的框架橋結構尺寸及結構配筋。為類似工程總結設計經驗。

Abstract： Taking the example of the frame bridge of the expansion project of the MATARA-BELIATTA railway in Sri Lanka as an example， the different points of the frame structure calculation load under the Sino-British specification are analyzed. The British standard BS5400 is used as the inspection standard， and the Midas plate unit is used for load simulation and force analysis. The structural dimensions and structural reinforcement that meet the requirements of the BS5400 standard are obtained by calculating the bending， shear and crack resistance of frame bridge members， which summarize design experience for similar projects.

關鍵詞：斯里蘭卡;框架橋;BS5400;驗算

Key words： Sri Lanka;frame bridge;BS5400;check calculation

中圖分類號：[U24] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）13-0131-03

1 ?概述

隨著國家“走出去”及“一帶一路”戰略的實施，越來越多的中國企業開始走出國門在境外承攬大型工程的勘察、設計及施工。面對完全陌生的環境，最初總會存在語言、設計理念、施工規范等方方面面的差異。這時對國外規范的理解、應用就顯得尤為重要。本文結合斯里蘭卡MATARA-BELIATTA鐵路擴建工程，依據BS5400規范對該鐵路框架橋進行設計。本研究對國內工程技術人員更好的學習、使用英標具有很好的參考價值。

本項目為單線120km/h鐵路線，框架橋采用尺寸如圖1所示，邊墻及頂板厚0.7m，底板厚0.8m。框架頂填土高4.5m，其中道碴厚0.7m，如圖2所示。

2 ?荷載

2.1 總體受力圖式

英國橋梁規范BS5400將荷載分為永久荷載與短期荷載。

永久荷載：恒載（結構本身重量引起），與附加恒載（非結構部件，但對結構產生影響的全部材料引起）。結構本身材料性質等引起的荷載應作為永久荷載（例如收縮、徐變等）。沉降引起的荷載也被歸為永久荷載。

短期荷載：永久荷載以外的荷載。

對框架結構起作用的荷載有：結構自重，線路設備、道碴與填土引起的荷載，填土壓力，活載及活載引發各種效應，框架內流水壓力或汽車荷載等。

結構總的受力圖3所示。

2.2 活載

活載：列車活載，動力效應，制動力或牽引力，離心力，橫向搖擺力等。

2.2.1 活載加載模式

①根據UIC776中2.4.2.4條款，涵洞或結構頂面有填土的承重結構的沖擊系數？準u按下面式子計算：

則本設計中，？準u取值如表1所示。

②活載加載工況1及此工況下活載產生的水平土壓力。

當活載到達結構時，會在結構與活載接觸到的一側產生土側壓力。其圖式如圖4所示。

假定此工況下，在框架頂、底部產生的水平土壓力分別為e3、e4。

③活載加載工況2及此工況下活載產生的水平土壓力當活載經過結構時，會在結構兩側同時產生土側壓力。其圖式如圖5所示。

假定此工況下，活載在框架兩側頂板處產生的水平土壓力為e3、e5，活載在框架兩側底部處產生的水平土壓力為e4、e6。

2.2.2 制動力或加速力加載模式

作用在框架結構上的制動力與車輛行駛方向一致，加速力則與行車方向相反，加載模式如下：

加載時，加速與制動力應予以考慮，參照BS5400中8.2.10規定及《縱向力限值表》，加載到結構上的牽引力或制動力為兩者的較大值。

2.3 其他荷載

其他荷載還有：溫度應力，混凝土收縮徐變引起的應力，還有地震力等。

①溫度荷載加載模式。

溫度荷載包括：框架內外溫差引起的荷載、框架環境溫度變化引起的荷載等。內外溫差引起的荷載取值為：ΔT=±5K，環境變化引起的荷載對框架的影響較小，故不計入此項荷載。

②混凝土收縮取ΔT=-10K。

水壓力：在框架邊板外的路基中設置排水系統，則墻后水壓力不予考慮。涵內流水壓力對框架底板有利，故不計此項。

③地震力：地震烈度在五度以下，不考慮地震的影響。

④框架內流水或汽車荷載：

此項荷載對框架受力有利，保守考慮，不計入此項荷載。

3 ?計算

3.1 模型及加載

結構分析采用土木工程專用計算軟件 Midas/Civil.2010。模型示意如圖7所示。

根據框架涵分節的實際情況，模型長度取5m，共分1600個單元，采用上述荷載計算結果加載。模型底部采用土彈簧模擬地基，地基系數取1.5×104kN/m3。

3.2 配筋及截面驗算

沿鐵路線垂直方向選取單位長度（單位：米）結構進行配筋設計，系數γf3=1.1，內力結果取組合1與組合3中較大者。另外，本設計在配筋計算時，均采用Grade460鋼筋。

3.2.1 配筋設計及抗彎驗算

依據BS5400-4第5.3、5.4條款，選取最不利狀態進行抗彎驗算。

根據內力包絡圖，選取代表截面驗算，結果見表2。

3.2.2 抗剪驗算

根據BS8110-1：1997第3.5.5條款，選取最不利狀態進行抗剪驗算。

抗剪驗算及箍筋配筋設計見表3。

3.2.3 裂縫驗算

根據BS5400-4第4.1.2.2條：鋼筋混凝土結構的裂縫寬度限值為0.25mm。

根據BS5400-4第5.8.8.2條：

在SLS設計荷載作用下，裂縫驗算最大值為0.23mm，滿足規范要求。

3.2.4 配筋布置

綜合上述幾項驗算結果，各個部位截面需滿足表4中的配筋要求，截面配筋如圖7。

根據框架結構的受力特點，頂板（底板），跨中位置下緣（上緣）受拉，兩側位置上緣（下緣）受拉，故配置鋼筋時，在跨中位置鋼筋布置在下緣（上緣），兩側布置在上緣（下緣）。

同時在鋼筋布置時，可以將頂板（底板）跨中下緣（上緣）的部分鋼筋逐漸彎起，到達兩側位置時，布置在上緣（下緣）。

同時，根據經驗，當框架結構中心線面向大里程側法線與線路夾角大于20°時，在框架頂板鈍角處需按照構造配置一定的鈍角加強鋼筋。

4 ?結論

結合斯里蘭卡MATARA-BELIATTA鐵路擴建工程1-7m框架橋，通過本次設計，研究了中英規范的不同點，并根據BS5400要求的荷載和荷載組合對該橋的結構性能進行了驗算，滿足規范要求。本研究對國內工程技術人員更好的學習、使用英標具有很好的參考價值。

參考文獻：

[1]BS 5400—1：1998，Steel，concrete and composite bridges，Part 1：General statement[S].

[2]BS 5400—2：2006，Steel，concrete and composite bridges，Part 2.

[3]BS 8002：1994，Code of practice for earth retaining structures.

[4]BS5400，Steel，Concrete and Composite Bridges Part 2：Specification for loads[J].British.

[5]余順心.歐洲規范與英國公路設計[J].中外公路，2010（6）：123-126.