铁路无缝线路桥墩检算软件

唐进锋，常征，李俊哲

(中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410075)



铁路无缝线路桥墩检算软件

唐进锋，常征，李俊哲

(中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410075)

为了简化铁路无缝线路桥墩的检算过程，同时为桥墩及下部基础的设计提供依据，编制了“铁路无缝线路桥墩检算软件”。该软件基于VB在可视化及易于调用其他计算软件等方面的优点，参考各种铁路设计规范，并且结合多个无缝线路桥墩检算的实际工程。该软件能够应用于无缝线路中多种截面形式的桥墩的偏心与应力检算，并且将检算结果自动生成在Excel表格中，同时可以根据需要导出表格。该检算软件界面友好，使用灵活，大大减少了设计者的工作量，提高了工作效率。

无缝线路；铁路桥墩；VB平台；截面检算；软件

桥墩是支承桥梁的重要结构，是保证铁路安全运营的重要组成部分。目前我国高速铁路大量建设，为了提高工程质量加快施工进度，除了特殊地段外，高速铁路的梁体大多都是采用梁厂预制，桥梁的上部结构设计工作已经大大简化。但是下部桥墩由于桥梁所处的地理位置不同，所采用的技术标准不同而千差万别，桥墩的尺寸、截面形式难以统一，桥梁工作者的大量工作已经变成检算桥梁的下部结构[1-8]。然而，目前专门的桥墩检算软件还不是很多[9]，并且随着无缝线路的普及，以前的铁路桥墩检算软件并不能满足现实工程的需求。针对这种情况，结合最新的铁路设计规范和考虑了变截面构件以及弹塑性材料的检算方法[10-11]，编制了该套铁路无缝线路桥墩检算软件。

1　编程理论

Visual Basic语言界面友好，可视化很强，方便编程人员操作[12]。不仅如此，Visual Basic和其他软件结合性很强，方便数据文件的导出。该检算软件主要分为2个部分：桥墩合力偏心检算和桥墩截面强度检算。

墩身截面偏心检算就是使各截面的合力(即截面上竖直力)对截面形心的偏心距不大于容许偏心，即:

式中：η为弯矩增大系数； M为检算截面的弯矩；N为作用于检算截面处的轴向压力。

《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》中对混凝土及石砌的实体墩身的截面合力偏心距e作了如下规定：

主力e≤0.5s

主力+附加力，圆形截面e≤0.5s

主力+附加力，其他形状截面e≤0.6s

主力+特殊荷载(地震力除外)e≤0.7s

式中：s为自截面重心至该连线与截面外包轮廓线的交点距离。

墩身截面强度检算同时考虑横向和纵向偏心，计算公式如下：

检算截面位置处的纵向弯矩为纵向荷载(主力、附加力和特殊荷载根据规范[13]规定的不同组合)乘以力臂。对于曲线上的桥墩，横向弯矩的计算考虑了钢轨附加力在桥梁横向的分量[14]。

2　软件介绍

2.1软件功能

该检算软件不仅能够检算多种形式桥墩，而且可以为桥墩的设计提供依据。

1)可以模拟多种桥上无缝线路荷载的不同组合；可以根据不同的桥跨长度和梁体类型调整传递给桥墩的桥跨结构恒载；可以自动计算不同曲线半径处桥墩的横向荷载。该软件可以根据不同桥墩尺寸计算桥墩自重。

2)能根据不同的桥墩顶帽、托盘、墩身截面尺寸和桥墩纵向、横向的墩身坡度自动计算各个检算截面的截面积、纵横向惯性矩等截面特性。该检算软件同时考虑了桥梁的纵横向预偏心弯矩，使得检算结果更加精确。软件既考虑了多种常用的桥墩类型，如实心和空心的圆端形、圆形、矩形桥墩，基本能够满足现实工程需求，又考虑了不同的材料特性，如桥墩顶帽与托盘、墩身可能采用不同容重的混凝土，使软件的使用范围更加广泛。

2.2软件特点

该软件的程序界面相比其他软件程序界面设计更简洁，可以将大量计算过程设置于后台，设计人员只需简单输入计算参数，即可立刻得出结果，大大减少计算工作量。软件使用更灵活人性，能够同时进行偏心和强度检算，可以自动计算各个检算截面的偏心和最大最小应力，方便设计人员查看。同时编程中充分利用了VB平台易于调用其他软件的特性，这使计算结果很方便的导出到Excel表格中，高效率的简化进一步的数据处理和数据检查等繁琐工作。铁路无缝线路桥墩检算软件计算流程图如图1所示。

3　实例分析

某铁路单线桥梁实心竖直圆形桥墩，顶帽矩形段长2.6 m，圆弧半径1.7 m，顶帽高度0.5 m；托盘顶矩形段长2.6 m，圆弧半径1.7 m，托盘底矩形段长0 m，圆弧半径1.7 m，托盘高1.2 m，墩身高度(不考虑顶帽、托盘)12.6 m，顶帽容重25 kN/m3，托盘容重25 kN/m3，墩身容重23 kN/m3，桥跨结构恒载3 504.92 kN，桥跨长度32.6 m，桥墩容许应力5.1 MPa，桥墩伸缩附加力20.7 kN，挠曲附加力104.7 kN，断轨力281.6 kN，桥梁曲线半径1 000 m，不考虑纵横向预偏心弯矩。

图1　桥墩检算流程图Fig.1 Bridge pier checking flow chart

将程序所需参数分别输入到圆端形实心桥墩部分，输入过程如图2所示。

分别得出各个计算截面处的偏心计算结果和应力计算结果，计算得出的表格导出之后如表1和表2所示。

图2　参数输入Fig.2 Parameter input

截面位置纵向力力臂纵向弯矩ΣM1垂直力ΣN横向弯矩ΣM2总弯矩ΣMy偏心ex=ΣMy/ΣN容许偏心[e]/m/(kN·m)/kN/(kN·m)/(kN·m)/m/m托盘底主力主力+特殊荷载1.7701.73561.751441674167416753880.021.225533600.090.875535170.120.875墩身1/3截面主力主力+特殊荷载5.92445.912355.917845096509650961853060.061.22518512490.250.87518517930.350.875

续表1

表2　桥墩强度检算Table 2 Calculation of strength of bridge pier

4　结论

1)该检算软件考虑了多种截面形式的铁路桥墩，有实心、空心圆端形(圆形)、矩形桥墩。并且将桥墩的横向和纵向坡度、桥墩处桥梁的曲线半径、桥墩各部容重的不同一并考虑，使计算结果尽可能接近实际情况。

2)综合考虑了不同荷载组合对桥墩的影响，并且可以一次性检算桥墩的多个截面，使检算结果更加科学。

3)软件界面简洁，使用方便，检算结果自动得出，并且可以根据需要导出数据进行进一步的检查和处理，大大减少了设计人员的工作量。该检算软件在多个无缝线路桥梁桥墩的检算中得到应用，得到用户的好评。

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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

国家自然科学基金资助项目(E080704)

唐进锋(1965-)，男，湖南常德人，副教授，从事道路与铁道工程，高速与重载铁路轨道工程理论与应用方向的研究；E-mail：csutjf@126.com

U448.38

A

1672-7029(2016)10-1907-05