鐵路無縫線路橋墩檢算軟件

唐進鋒，常征，李俊哲

(中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075)

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鐵路無縫線路橋墩檢算軟件

唐進鋒，常征，李俊哲

(中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075)

為了簡化鐵路無縫線路橋墩的檢算過程，同時為橋墩及下部基礎的設計提供依據，編制了“鐵路無縫線路橋墩檢算軟件”。該軟件基于VB在可視化及易于調用其他計算軟件等方面的優點，參考各種鐵路設計規范，并且結合多個無縫線路橋墩檢算的實際工程。該軟件能夠應用于無縫線路中多種截面形式的橋墩的偏心與應力檢算，并且將檢算結果自動生成在Excel表格中，同時可以根據需要導出表格。該檢算軟件界面友好，使用靈活，大大減少了設計者的工作量，提高了工作效率。

無縫線路；鐵路橋墩；VB平臺；截面檢算；軟件

橋墩是支承橋梁的重要結構，是保證鐵路安全運營的重要組成部分。目前我國高速鐵路大量建設，為了提高工程質量加快施工進度，除了特殊地段外，高速鐵路的梁體大多都是采用梁廠預制，橋梁的上部結構設計工作已經大大簡化。但是下部橋墩由于橋梁所處的地理位置不同，所采用的技術標準不同而千差萬別，橋墩的尺寸、截面形式難以統一，橋梁工作者的大量工作已經變成檢算橋梁的下部結構[1-8]。然而，目前專門的橋墩檢算軟件還不是很多[9]，并且隨著無縫線路的普及，以前的鐵路橋墩檢算軟件并不能滿足現實工程的需求。針對這種情況，結合最新的鐵路設計規范和考慮了變截面構件以及彈塑性材料的檢算方法[10-11]，編制了該套鐵路無縫線路橋墩檢算軟件。

1　編程理論

Visual Basic語言界面友好，可視化很強，方便編程人員操作[12]。不僅如此，Visual Basic和其他軟件結合性很強，方便數據文件的導出。該檢算軟件主要分為2個部分：橋墩合力偏心檢算和橋墩截面強度檢算。

墩身截面偏心檢算就是使各截面的合力(即截面上豎直力)對截面形心的偏心距不大于容許偏心，即:

式中：η為彎矩增大系數； M為檢算截面的彎矩；N為作用于檢算截面處的軸向壓力。

《鐵路橋涵混凝土和砌體結構設計規范》中對混凝土及石砌的實體墩身的截面合力偏心距e作了如下規定：

主力e≤0.5s

主力+附加力，圓形截面e≤0.5s

主力+附加力，其他形狀截面e≤0.6s

主力+特殊荷載(地震力除外)e≤0.7s

式中：s為自截面重心至該連線與截面外包輪廓線的交點距離。

墩身截面強度檢算同時考慮橫向和縱向偏心，計算公式如下：

檢算截面位置處的縱向彎矩為縱向荷載(主力、附加力和特殊荷載根據規范[13]規定的不同組合)乘以力臂。對于曲線上的橋墩，橫向彎矩的計算考慮了鋼軌附加力在橋梁橫向的分量[14]。

2　軟件介紹

2.1軟件功能

該檢算軟件不僅能夠檢算多種形式橋墩，而且可以為橋墩的設計提供依據。

1)可以模擬多種橋上無縫線路荷載的不同組合；可以根據不同的橋跨長度和梁體類型調整傳遞給橋墩的橋跨結構恒載；可以自動計算不同曲線半徑處橋墩的橫向荷載。該軟件可以根據不同橋墩尺寸計算橋墩自重。

2)能根據不同的橋墩頂帽、托盤、墩身截面尺寸和橋墩縱向、橫向的墩身坡度自動計算各個檢算截面的截面積、縱橫向慣性矩等截面特性。該檢算軟件同時考慮了橋梁的縱橫向預偏心彎矩，使得檢算結果更加精確。軟件既考慮了多種常用的橋墩類型，如實心和空心的圓端形、圓形、矩形橋墩，基本能夠滿足現實工程需求，又考慮了不同的材料特性，如橋墩頂帽與托盤、墩身可能采用不同容重的混凝土，使軟件的使用范圍更加廣泛。

2.2軟件特點

該軟件的程序界面相比其他軟件程序界面設計更簡潔，可以將大量計算過程設置于后臺，設計人員只需簡單輸入計算參數，即可立刻得出結果，大大減少計算工作量。軟件使用更靈活人性，能夠同時進行偏心和強度檢算，可以自動計算各個檢算截面的偏心和最大最小應力，方便設計人員查看。同時編程中充分利用了VB平臺易于調用其他軟件的特性，這使計算結果很方便的導出到Excel表格中，高效率的簡化進一步的數據處理和數據檢查等繁瑣工作。鐵路無縫線路橋墩檢算軟件計算流程圖如圖1所示。

3　實例分析

某鐵路單線橋梁實心豎直圓形橋墩，頂帽矩形段長2.6 m，圓弧半徑1.7 m，頂帽高度0.5 m；托盤頂矩形段長2.6 m，圓弧半徑1.7 m，托盤底矩形段長0 m，圓弧半徑1.7 m，托盤高1.2 m，墩身高度(不考慮頂帽、托盤)12.6 m，頂帽容重25 kN/m3，托盤容重25 kN/m3，墩身容重23 kN/m3，橋跨結構恒載3 504.92 kN，橋跨長度32.6 m，橋墩容許應力5.1 MPa，橋墩伸縮附加力20.7 kN，撓曲附加力104.7 kN，斷軌力281.6 kN，橋梁曲線半徑1 000 m，不考慮縱橫向預偏心彎矩。

圖1　橋墩檢算流程圖Fig.1 Bridge pier checking flow chart

將程序所需參數分別輸入到圓端形實心橋墩部分，輸入過程如圖2所示。

分別得出各個計算截面處的偏心計算結果和應力計算結果，計算得出的表格導出之后如表1和表2所示。

圖2　參數輸入Fig.2 Parameter input

截面位置縱向力力臂縱向彎矩ΣM1垂直力ΣN橫向彎矩ΣM2總彎矩ΣMy偏心ex=ΣMy/ΣN容許偏心[e]/m/(kN·m)/kN/(kN·m)/(kN·m)/m/m托盤底主力主力+特殊荷載1.7701.73561.751441674167416753880.021.225533600.090.875535170.120.875墩身1/3截面主力主力+特殊荷載5.92445.912355.917845096509650961853060.061.22518512490.250.87518517930.350.875

續表1

表2　橋墩強度檢算Table 2 Calculation of strength of bridge pier

4　結論

1)該檢算軟件考慮了多種截面形式的鐵路橋墩，有實心、空心圓端形(圓形)、矩形橋墩。并且將橋墩的橫向和縱向坡度、橋墩處橋梁的曲線半徑、橋墩各部容重的不同一并考慮，使計算結果盡可能接近實際情況。

2)綜合考慮了不同荷載組合對橋墩的影響，并且可以一次性檢算橋墩的多個截面，使檢算結果更加科學。

3)軟件界面簡潔，使用方便，檢算結果自動得出，并且可以根據需要導出數據進行進一步的檢查和處理，大大減少了設計人員的工作量。該檢算軟件在多個無縫線路橋梁橋墩的檢算中得到應用，得到用戶的好評。

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The calculation software for piers of continuously welded rail

TANG Jinfeng, CHANG Zheng, LI Junzhe

(School of Civil Engineering,Central South University,Changsha 410075,China)

In order to simplify the calculation process of bridge pier of continuously welded rails and provide a basis for the design of bridge pier and foundation,the “calculation software for piers of Continuously Welded Rails”was compiled. With reference to various railway design specifications, this software can call other computing softwares easily based on the advantages of VB. It has been applied to many practical engineering of bridge piers checking.The software can be used in a variety of section forms of bridge piers and stress calculation on continuously welded rails,and the calculation results can be automatically generated in excel spreadsheets. The spreadsheets can also be exported in accordance with the need at the same time.The software interface is friendly and flexible,which can greatly reduce the workload of the designers and improve the working efficiency.

continuously welded rail; railway bridge pier; VB platform; section checking calculation; software

2015-12-21

國家自然科學基金資助項目(E080704)

唐進鋒(1965-)，男，湖南常德人，副教授，從事道路與鐵道工程，高速與重載鐵路軌道工程理論與應用方向的研究；E-mail：csutjf@126.com

U448.38

A

1672-7029(2016)10-1907-05