中俄鐵路橋梁設計活載對比分析

摘要：文章以土庫曼斯坦法拉普火車站到薩曼杰佩新建鐵路工程橋梁設計（采用俄羅斯規范）及施工配合過程為例，結合該項目24m、32m的后張法預應力混凝土簡支T梁和跨阿姆-布哈拉運河1～64m鋼桁梁結構計算，分析了中俄鐵路橋梁設計活載的異同。

關鍵詞：中俄鐵路；鐵路橋梁；橋梁設計；活載對比；鐵路工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：U442 文章編號：1009-2374（2016）19-0102-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.049

在社會經濟的推動下，國際鐵路事業有了較大發展，各跨國鐵路都不斷涌現，給人們的出行帶來了較大便利。在中俄鐵路橋梁設計中，由于中俄兩國在鐵路設計多方面都存在著不同標準，如果按照各自的標準進行操作，將難以保障鐵路的設計質量及運作效果，所以設計出能同時適用中俄兩國的相應活載等值具有重要作用。因此，技術人員可將中俄相應的設計活載進行對比，并根據實際情況進行調節，適應兩國各種鐵路情況，從而更好地保障鐵路橋梁的正常運作。

1 中俄鐵路橋梁設計活載對比分析需求

在建設跨中俄兩國的鐵路橋梁時，一般會使用單線套軌技術，所以在實際設計過程中，鐵路既要滿足中-活載需求，又要符合俄羅斯CK活載通行要求。在我國目前的鐵路橋梁設計規范中，一般應用容許應力法進行設計，包括《鐵路橋梁鋼結構設計規范》《鐵路橋涵設計基本規范》等。俄羅斯則采用極限狀態法進行設計，設計規范包括《公路、鐵路、城市道路橋涵設計規范》等。在實際情況中，兩國鐵路橋梁設計規范在活載標準、設計內容、設計方法等方面都存在較大差異，在這種情況下，只有對中俄兩國鐵路橋梁設計規范中各項內容進行對比，并根據實際情況進行調整，制定出合理的跨國鐵路橋梁設計參數，這樣才能確保鐵路橋梁設計能同時滿足中俄兩國的需求，確保鐵路正常運作。

2 中俄鐵路橋梁活載設計對比分析

2.1 豎向靜活載比較

如圖1，顯示的是中-活載。其前部37.5m象征性的代表機車，后部代表車輛活載。它代表各種機車車輛對橋梁所產生的最大影響，所以加載時可由計算圖式中任意截取，并按規定進行加載，或按換算均布活載加載。

俄羅斯鐵路設計相關規范中，鐵路列車標準豎向活載（CK）采用線路能采納的最大等代荷載γ計算，這種荷載取為24.5K kN以下的各種集中貨物和強度為9.81K kN/m的線路均布荷載，系數K表示所加載荷載的等級，永久性結構K=14，相當于343kN的集中荷載和137.2kN/m

的均布荷載組合。且每米線路上的均布荷載重量，應取α=a/λ=0.5時的γ值，但不得大于19.62K kN/m。俄羅斯鐵路橋梁設計規范中沒有對活載圖示進行規定，但規定了影響線進行加載規則和標準豎向活載CK的換算均布活載表格，給相應活載的計算帶來了一定便利。

根據以上表格，當跨度為24m、32m和64m時。俄羅斯CK荷載（K=14）在梁的端部的換算均布活載為196.4kN、180.0kN、149.3kN，在跨中的換算均布活載為171.9kN、157.6kN、137.3kN；而中-活載在梁的端部的換算均布活載為123.7kN、116.2kN、102.4kN，在跨中的換算均布活載為104.0kN、98.4kN、91.1kN。

從表1中可以看出，俄羅斯換算均布活載CK要比中-活載重，跨度小于等于100m的范圍內，俄羅斯CK換算均布活載為中-活載作用的1.37～1.66倍。

用空車檢算橋梁各部件時，CK空載列車的豎向活載等于13.7kN/m，而中-活載空載列車的豎向活載等于10.0kN/m。

2.2 橫橋向作用力比較

曲線橋梁離心力的計算。對俄羅斯CK活載而言，離心力產生的標準水平橫向荷載，以強度為Vh的均布荷載表示，按荷載C14設計時，Vh=（180v）/r，但不得大于0.15V（式中：r為曲線半徑，m；V為線路列車活載重量，kN/m）；而對中-活載而言，離心力不僅與列車活荷載重量和曲線半徑有關，還與設計速度成平方關系。

列車橫向搖擺力計算。俄羅斯CK活載產生的標準水平橫向撞擊力與橋上的線路數量無關，以加載在軌道頂面高度上的均布荷載表示，其值為0.59K kN/m，當K=14時，橫向搖擺力為8.26kN/m的作用于軌道面的均布荷載；中-活載的橫向搖擺力取100kN的集中力，作用于最不利位置并以水平方向垂直線路中心線作用于鋼軌

頂面。

列車制動力和牽引力的不同之處，中-活載考慮當與離心力或豎向動力作用同時計算時進行折減，并且列車制動力和牽引力作用在軌頂以上2m處，計算橋梁墩臺、鋼架結構時移至相應位置；而俄羅斯CK活載的列車制動力和牽引力作用為支座中心，且不考慮與其他力作用時的折減。

2.3 動力系數比較

列車豎向活載包括列車豎向動力作用，俄羅斯規范和中國規范都采用凈活載所產生的力乘以沖擊系數（1+μ）表達豎向動力作用，但是兩國規范對沖擊系數（1+μ）的結算方式和要求有所不同。

2.3.1 俄羅斯CK活載沖擊系數（1+μ）計算

如下：

對于簡支鋼橋跨和鋼墩臺，無論有無道碴橋：1+μ=1+18/（30+λ）且不得小于1.15；對于連續梁的鋼橋跨鐵路橋：1+μ=1+14/（30+λ）且不得小于1.15；對于鋼筋混凝土及剛架鐵路橋：1+μ=1+10/（20+λ）且不得小于1.15。

在公式中λ值應按以下采用：主桁（簡支梁、剛構）的主要桿件以及縱梁和橫梁，當其參與主桁受力時，影響線長度等于跨長，當影響線的加載長度大于跨長時，則為加載長度；連續體系的主桁的主要構件，為影響線各加載段長度之和；局部加載計算時，縱梁為其加載長度，橫梁為縱梁在連接節間的長度之和；當影響線考慮同時有主要荷載和局部荷載加載時，按每種荷載分別取值；所有類型的橋墩構件，為支承反力影響線的加載長度，按各加載段長度之和計算。

2.3.2 中-活載沖擊系數（1+μ）計算如下：

對于簡支或連續的鋼橋跨和鋼墩臺：1+μ=1+28/（40+L）；對于鋼筋混凝土、混凝土、石砌的橋跨結構及剛架橋，其頂上填土厚度h≥1m時不計沖擊力，當h≤1m時：1+μ=1+α6/（30+L），其中α=4（1-h）≤2，式中：L指除承受局部活載桿件為影響線加載長度外，其他為橋梁跨度。

在土庫曼斯坦法拉普火車站到薩曼杰佩新建鐵路工程橋梁設計中，梁頂到軌底的道碴厚度為0.7m。采用24m、32m后張法預應力混凝土簡支T梁和1～64m鋼桁梁，其活載沖擊系數（1+μ）見表2：

在列車豎向動力作用方面，通過以上2.3.1、2.3.2及實際計算結果分析，俄羅斯規范與中國規范有較大差異，俄羅斯規范中不管是鋼橋還是混凝土鐵路橋均規定沖擊系數（1+μ）不得小于1.15；而中國規范沒有這樣的要求，且中國規范對混凝土梁考慮了梁頂到軌底之間的道碴厚度影響，對于鋼筋混凝土、混凝土、石砌的橋跨結構及剛架橋，其頂上道碴厚度h≥1m時不計沖擊力，只有道碴厚度h≤1m時才計沖擊力。

在中俄兩國相關鐵路橋梁設計規范中，在鋼梁設計方面，中國須對預留活載發展系數的影響進行分析，而在俄羅斯相關鐵路標準活載中，已經對預留活載發展系數的影響進行了分析。從相關資料可知，在前蘇聯機車以及編組等方面，一般機車延米重比貨車延米重小，其中貝-阿鐵路應用的T型油罐車延米重主要為94.0kN/m。一般機車軸重大，且貨車軸重較小，其中BⅡ型機車軸重較大，為265.7kN。在實際情況中，俄羅斯中相應機車車輛軸重與中國相關方面沒有太大差別，因此如果采用俄羅斯相應標準活載CK進行設計，能夠預留較大的活載發展系數。

3 結語

在鐵路橋梁設計中，中俄兩國在設計規范、設計方法、設計內容方面都存在著較大差異，如果直接按照兩國自身的設計條例進行操作，將導致中俄鐵路橋梁難以正常運作。因此，中俄鐵路橋梁設計中，技術人員必須對兩國活載設計、設計規范等內容進行明確，并根據鐵路建設需求對各項參數進行調整，讓設計方案既能滿足中國設計規范，又符合俄羅斯相應要求，從而保證鐵路的正常運營。

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作者簡介：黃俊（1983-），男，廣西都安人，中鐵四院集團南寧勘察設計院有限公司工程師，研究方向：橋梁、道路工程。

（責任編輯：小 燕）