基于影響線法的鐵路橋梁載荷計算

王遠鑫

摘要：作為鐵路運輸家族中的特殊成員—長大貨物車，雖然其數量較少，但承擔著超高壓輸變電設備、大型機電設備等國家重點工程建設項目的鐵路運輸任務。為保障大型設備的鐵路運輸安全，對長大貨物車的運輸監測與安全評估具有重要的現實意義。目前，鐵路超限專列運輸都安排有常規安全監測，監測內容涵蓋車體結構動應力、懸掛彈簧動靜撓度比和小底架心盤振動加速度等，針對上述監測項點規定了相應安全控制指標，但這些監測內容并沒有包括止擋結構等局部承載件的動載荷監控，而這些局部承載結構的服役狀態安全評估又是鐵路運輸部門關心的重點。

關鍵詞：橋梁;影響線;載荷計算

引言

橋梁傳統現澆施工方式速度慢、污染嚴重且影響交通。節段預制具有生產標準化作業、現場安裝快速便捷、施工節能環保等優勢，較好的響應了新時代的橋梁建設理念，改善了現澆施工的不利影響，得到了愈加廣泛的應用。

1基于影響線載荷效應計算

某量值隨單位移動載荷位置變化而變化的規律，稱為該量值的影響線。影響線表示結構中在跨度方向上移動的單位載荷在某一量值（內力、支座反力）上引起的影響，由影響值隨位置變化所作的曲線即為影響線，用于確定多種載荷下共同作用的結果。該變化規律通常用函數方程和函數圖像表示，該函數方程又稱影響線方程。列車載荷下橋梁構件應力可通過式（1）得到：

式中：S（t）為應力響應，隨著列車在橋上位置的變化而變化;Pi為列車中第i（i=1，2，…，NT）個輪對的靜軸重;ys（）為所計算截面的應力影響線函數;Li（t）為第i個輪對在t時刻的位置;N為列車總的輪對數。值得注意的是，靜力影響線并不包含動力效應，式中的t僅表示應力響應S（t）與列車在橋梁上軸重的位置有關。繪制影響線有靜力法和機動法兩種基本方法。前者以靜力平衡條件為依據，寫出影響線方程，據此作出影響線曲線。后者是以虛功原理為依據，作出虛位移即為影響線。

2載荷感知

落下孔車在通過曲線線路時，如果貨物承載肩座的摩擦力不足以克服橫向慣性力，運輸過程中貨物會發生橫向滑移，需要增加橫向止擋以約束貨物的橫向移動。橫向止擋結構包括鋼擋和木擋，鋼擋為槽型鋼結構焊接在側承梁頂部的承載肩座附近，在鋼擋和貨物（變壓器）之間放置木擋，并在鋼擋和木擋之間打入木楔進行壓實，運行過程中橫向慣性力通過木擋傳遞至鋼擋、再傳遞到側承梁和大車結構。為實現對橫向止擋載荷的直接測量，在鋼擋和木擋之間設置一定間隙，設計由貨物-木擋-載荷感知元-鋼擋結構的組合式橫向載荷測量裝置實現實時數據的獲取。為增加測力鋼木擋安裝和預壓的現場可操作性，在輪輻式壓力傳感器與鋼擋之間設置傳力螺桿，螺桿根部焊接在鋼擋內表面中部位置，螺桿端部以間隙配合伸入壓力傳感器的中心孔，在螺桿上安裝預壓螺母與墊片，通過擰緊螺母即可將木擋向變壓器進行壓實。該組合式橫向止擋載荷監測技術，可實現橫向動載荷從貨物-木擋-載荷感知元-預壓螺母-傳力螺桿-鋼擋-承載梁的力流傳遞，并將載荷感知元的壓力信號輸出。基于傳感器的工作原理和鋼木擋的設置目的，測力鋼木擋只能輸出貨物對止擋結構的壓力，而非反方向的拉力。

3工裝結構設計

在全箭出廠前，將凸塊插入艙段前端框安裝孔，通過過Q/Y70.4-2001螺栓進行連接，然后將金屬支架與凸塊進行連接，金屬支架與每個凸塊間通過4個Q/Dy1398.1-2014GH4169抗剪螺栓進行連接。組合工裝安裝后，全箭起吊轉運至鐵路保溫運輸箱內，保證保溫運輸箱底部的定位銷落入工裝底部的定位銷長圓孔，啟動保溫運輸箱夾緊裝置，夾緊裝置與組合工裝夾持面接觸，軸向夾緊組合工裝。其中，凸塊材料選用低合金鑄鋼ZG35CrMnSi，采用機加的工藝進行加工;金屬支架包括弧板及網格加筋主結構。材料選用低合金鑄鋼ZG35CrMnSi，采用一體化鑄造+機加的工藝進行加工;毛氈材料選用FZ/T25001-2012，毛氈與金屬支架采用HG6-415-79橡膠液進行黏接。

4結論

（1）設計地震作用下，各設計參數對抗震性能的影響不明顯。相對于MRC，PSBC有接縫，預應力筋等構造，PSBC的彎矩-曲率滯回曲線有較明顯的捏縮現象，以極大地震動1.0g為例，PSBC的墩頂最大位移增大25%，殘余位移減小31%，最大彎矩與最大曲率分別減小約13%、60%。（2）增大耗能鋼筋配筋率、提高混凝土抗壓強度和預應力筋分散布置均可有效減小地震作用下PSBC墩頂最大位移、殘余位移和接縫張開相對位移。隨著耗能鋼筋配筋率的增大，每根鋼筋承擔的荷載逐漸減小，耗能鋼筋應力減小，殘余位移減小。在罕遇地震作用下，相對于耗能鋼筋配筋率為1%，耗能鋼筋配筋率為1.68%的墩頂最大位移減小6%，殘余位移減小13%，接縫張開最大相對位移減14%。混凝土強度提高20%，殘余位移減少約44%;相對于預應力筋集中布置，分散布置后，墩頂位移、殘余位移、接縫張開相對位移分別降低約6%、66%、22%。（3）增大耗能鋼筋配筋率、預應力筋分散布置均會增大PSBC墩底彎矩和曲率，提高混凝土強度對其影響相對較小。極大地震作用下，耗能鋼筋配筋率由1%提高到1.68%，彎矩、曲率分別增大28%、13%;相比于集中布置，分散布置預應力筋使得彎矩、曲率分別增大約28%、59%。

結束語

本文基于影響線法對橋梁所受列車動載荷進行了載荷響應計算，相較于靜力學分析的一一計算而言，大大縮短計算量與工作時間，僅進行車輛一個狀態的計算即可得出對橋梁最大載荷響應。本文因國內研究信息甚少，若有不當之處，懇請讀者指正，希望能為歐標車輛橋梁載荷效應計算提供參考。

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