基于英標BS 5400的素混凝土T形橋臺計算

0 引言

近年來，隨著中國鐵路技術的大發展，越來越多的中國企業走出國門，到更為廣闊的國際市場承攬工程。這時對國外規范的理解、應用就顯得尤為重要。本文結合斯里蘭卡馬特拉至必利爾塔鐵路某橋，依據BS 5400要求的荷載和荷載組合對該橋素混凝土T形橋臺的結構性能進行了檢算。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。

1 T形橋臺結構概況

某橋臺高8 m，臺長7．5 m，基底為微風化片麻巖，極限承載力qu=3 000 kPa，地質條件較好，采用明挖擴大基礎。橋臺結構圖如圖1所示。

2 荷載

2．1 恒載

恒載包括:1)橋臺自重:鋼筋混凝土容重:γ1=25 kN/m3;2)道碴容重:γ2=20 kN/m3;3)25 m混凝土梁梁重:G=2 294 kN;4)線路設備重:直線為87．23 kN/m，曲線為93．36 kN/m。

圖1 T形橋臺結構圖

2．2 列車活載

采用帶有220 kN軸重的RU鐵路荷載，如圖2所示。

圖2 列車活載示意圖

采用四種加載方式考慮列車活載最不利效應，對應工況A，B，C，D 如圖3所示。

圖3 列車活載布置圖式

2．3 牽引力、制動力和離心力

根據BS 5400-2:2006第8．2．10條，按臺上和梁上布載長度計算制動力和牽引力。牽引力:驅動輪軸荷載的30%;制動力:驅動輪軸荷載的25%。離心力的計算方法與國標一致。計算結果見表1，表2。

表1 不同荷載工況制動力和牽引力計算結果

表2 不同荷載工況離心力計算結果

2．4 風荷載

BS 5400中風荷載的計算方法與《鐵路橋涵設計基本規范》差別較大。英標中關于風力的考慮有:橫向風，縱向風，豎向風及它們的不同組合。根據BS 5400-2:2006，第5．3條風荷載的計算如下，計算結果如表3所示。

1)額定橫向風荷載:

其中，A1為受風面積，m2;CD為擾流阻力系數，與截面形狀有關，取值方法見5．3．3．3條規定;Sb為橋址地形系數，取值方法見5．3．2．3．1 條規定，本橋取 1．64;KF為與結構物至海岸線距離相關的系數，取值方法見 5．3．2．3．1 條規定，本橋取 0．956;Tg為城鎮影響折減系數，取值方法見 5．3．2．3．2 條規定，本橋取 0．858;S'h為地形學系數，取值方法見 5．3．2．3．3 條規定，本橋取 1．0;Vb為工程所在地的基本風速，參見RDA大橋手冊2．2．6取值，本橋取 33．5 m/s;Sp為與工程類型相關的系數，取值方法見 5．3．2．2．2條規定，對于鐵路橋取1．05;Sa，Sd分別為與高度、風向相關的系數，取值方法見 5．3．2．2．3 條規定，本橋取 1．0。

2)額定縱向風荷載:

表3 風荷載計算結果

2．5 土壓力

根據BS 8002:1994，3．3．3條土壓力的計算與國標《鐵路橋涵設計基本規范》中的計算方法相同，都是按庫侖楔體極限平衡理論計算。具體理論此處不再贅述，計算結果見表4。

表4 土壓力計算結果

表5 荷載組合及其相應的分項安全系數

表6 ULS，SLS狀態計算結果

3 荷載組合

鐵路橋梁承載能力極限狀態下荷載分項安全系數，根據BS 5400-2:2006，4．3．1．2 條規定，按 Table 1 取值，具體見表5。

其中，CL為升舉系數，CL=0．75

4 計算結果

按上述方法計算出各項單項力，進行荷載組合后即可計算橋臺的受力特征值。英標中規定，橋臺的抗傾覆穩定性系數Ko＞2，抗滑動穩定性系數Ko＞1．5，計算結果見表6。

結果顯示，運營極限狀態(SLS)和破壞極限狀態(ULS)的抗傾覆穩定性、抗滑穩定性和基底截面最大、最小應力均滿足要求，橋臺和基礎結構尺寸合適。

［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:Specification for loads［S］．

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

［4］中鐵第四勘察設計院．橋梁墩臺［M］．北京:中國鐵道出版社，1997．