基于英标BS 5400的素混凝土T形桥台计算
2011-05-23
0 引言
近年来，随着中国铁路技术的大发展，越来越多的中国企业走出国门，到更为广阔的国际市场承揽工程。这时对国外规范的理解、应用就显得尤为重要。本文结合斯里兰卡马特拉至必利尔塔铁路某桥，依据BS 5400要求的荷载和荷载组合对该桥素混凝土T形桥台的结构性能进行了检算。本研究对国内工程技术人员更好的学习、使用英标具有很好的参考价值。
1 T形桥台结构概况
某桥台高8 m，台长7．5 m，基底为微风化片麻岩，极限承载力qu=3 000 kPa，地质条件较好，采用明挖扩大基础。桥台结构图如图1所示。
2 荷载
2．1 恒载
恒载包括:1)桥台自重:钢筋混凝土容重: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)线路设备重:直线为87．23 kN/m，曲线为93．36 kN/m。
图1 T形桥台结构图
2．2 列车活载
采用带有220 kN轴重的RU铁路荷载，如图2所示。
图2 列车活载示意图
采用四种加载方式考虑列车活载最不利效应，对应工况A，B，C，D 如图3所示。
图3 列车活载布置图式
2．3 牵引力、制动力和离心力
根据BS 5400-2:2006第8．2．10条，按台上和梁上布载长度计算制动力和牵引力。牵引力:驱动轮轴荷载的30%;制动力:驱动轮轴荷载的25%。离心力的计算方法与国标一致。计算结果见表1，表2。
表1 不同荷载工况制动力和牵引力计算结果
表2 不同荷载工况离心力计算结果
2．4 风荷载
BS 5400中风荷载的计算方法与《铁路桥涵设计基本规范》差别较大。英标中关于风力的考虑有:横向风，纵向风，竖向风及它们的不同组合。根据BS 5400-2:2006，第5．3条风荷载的计算如下，计算结果如表3所示。
1)额定横向风荷载:
其中，A1为受风面积，m2;CD为扰流阻力系数，与截面形状有关，取值方法见5．3．3．3条规定;Sb为桥址地形系数，取值方法见5．3．2．3．1 条规定，本桥取 1．64;KF为与结构物至海岸线距离相关的系数，取值方法见 5．3．2．3．1 条规定，本桥取 0．956;Tg为城镇影响折减系数，取值方法见 5．3．2．3．2 条规定，本桥取 0．858;S'h为地形学系数，取值方法见 5．3．2．3．3 条规定，本桥取 1．0;Vb为工程所在地的基本风速，参见RDA大桥手册2．2．6取值，本桥取 33．5 m/s;Sp为与工程类型相关的系数，取值方法见 5．3．2．2．2条规定，对于铁路桥取1．05;Sa，Sd分别为与高度、风向相关的系数，取值方法见 5．3．2．2．3 条规定，本桥取 1．0。
2)额定纵向风荷载:
表3 风荷载计算结果
2．5 土压力
根据BS 8002:1994，3．3．3条土压力的计算与国标《铁路桥涵设计基本规范》中的计算方法相同，都是按库仑楔体极限平衡理论计算。具体理论此处不再赘述，计算结果见表4。
表4 土压力计算结果
表5 荷载组合及其相应的分项安全系数
表6 ULS，SLS状态计算结果
3 荷载组合
铁路桥梁承载能力极限状态下荷载分项安全系数，根据BS 5400-2:2006，4．3．1．2 条规定，按 Table 1 取值，具体见表5。
其中，CL为升举系数，CL=0．75
4 计算结果
按上述方法计算出各项单项力，进行荷载组合后即可计算桥台的受力特征值。英标中规定，桥台的抗倾覆稳定性系数Ko＞2，抗滑动稳定性系数Ko＞1．5，计算结果见表6。
结果显示，运营极限状态(SLS)和破坏极限状态(ULS)的抗倾覆稳定性、抗滑稳定性和基底截面最大、最小应力均满足要求，桥台和基础结构尺寸合适。
［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］中铁第四勘察设计院．桥梁墩台［M］．北京:中国铁道出版社，1997．
