基于影响线法的铁路桥梁载荷计算

王远鑫

摘要：作为铁路运输家族中的特殊成员—长大货物车，虽然其数量较少，但承担着超高压输变电设备、大型机电设备等国家重点工程建设项目的铁路运输任务。为保障大型设备的铁路运输安全，对长大货物车的运输监测与安全评估具有重要的现实意义。目前，铁路超限专列运输都安排有常规安全监测，监测内容涵盖车体结构动应力、悬挂弹簧动静挠度比和小底架心盤振动加速度等，针对上述监测项点规定了相应安全控制指标，但这些监测内容并没有包括止挡结构等局部承载件的动载荷监控，而这些局部承载结构的服役状态安全评估又是铁路运输部门关心的重点。

关键词：桥梁;影响线;载荷计算

引言

桥梁传统现浇施工方式速度慢、污染严重且影响交通。节段预制具有生产标准化作业、现场安装快速便捷、施工节能环保等优势，较好的响应了新时代的桥梁建设理念，改善了现浇施工的不利影响，得到了愈加广泛的应用。

1基于影响线载荷效应计算

某量值随单位移动载荷位置变化而变化的规律，称为该量值的影响线。影响线表示结构中在跨度方向上移动的单位载荷在某一量值（内力、支座反力）上引起的影响，由影响值随位置变化所作的曲线即为影响线，用于确定多种载荷下共同作用的结果。该变化规律通常用函数方程和函数图像表示，该函数方程又称影响线方程。列车载荷下桥梁构件应力可通过式（1）得到：

式中：S（t）为应力响应，随着列车在桥上位置的变化而变化;Pi为列车中第i（i=1，2，…，NT）个轮对的静轴重;ys（）为所计算截面的应力影响线函数;Li（t）为第i个轮对在t时刻的位置;N为列车总的轮对数。值得注意的是，静力影响线并不包含动力效应，式中的t仅表示应力响应S（t）与列车在桥梁上轴重的位置有关。绘制影响线有静力法和机动法两种基本方法。前者以静力平衡条件为依据，写出影响线方程，据此作出影响线曲线。后者是以虚功原理为依据，作出虚位移即为影响线。

2载荷感知

落下孔车在通过曲线线路时，如果货物承载肩座的摩擦力不足以克服横向惯性力，运输过程中货物会发生横向滑移，需要增加横向止挡以约束货物的横向移动。横向止挡结构包括钢挡和木挡，钢挡为槽型钢结构焊接在侧承梁顶部的承载肩座附近，在钢挡和货物（变压器）之间放置木挡，并在钢挡和木挡之间打入木楔进行压实，运行过程中横向惯性力通过木挡传递至钢挡、再传递到侧承梁和大车结构。为实现对横向止挡载荷的直接测量，在钢挡和木挡之间设置一定间隙，设计由货物-木挡-载荷感知元-钢挡结构的组合式横向载荷测量装置实现实时数据的获取。为增加测力钢木挡安装和预压的现场可操作性，在轮辐式压力传感器与钢挡之间设置传力螺杆，螺杆根部焊接在钢挡内表面中部位置，螺杆端部以间隙配合伸入压力传感器的中心孔，在螺杆上安装预压螺母与垫片，通过拧紧螺母即可将木挡向变压器进行压实。该组合式横向止挡载荷监测技术，可实现横向动载荷从货物-木挡-载荷感知元-预压螺母-传力螺杆-钢挡-承载梁的力流传递，并将载荷感知元的压力信号输出。基于传感器的工作原理和钢木挡的设置目的，测力钢木挡只能输出货物对止挡结构的压力，而非反方向的拉力。

3工装结构设计

在全箭出厂前，将凸块插入舱段前端框安装孔，通过过Q/Y70.4-2001螺栓进行连接，然后将金属支架与凸块进行连接，金属支架与每个凸块间通过4个Q/Dy1398.1-2014GH4169抗剪螺栓进行连接。组合工装安装后，全箭起吊转运至铁路保温运输箱内，保证保温运输箱底部的定位销落入工装底部的定位销长圆孔，启动保温运输箱夹紧装置，夹紧装置与组合工装夹持面接触，轴向夹紧组合工装。其中，凸块材料选用低合金铸钢ZG35CrMnSi，采用机加的工艺进行加工;金属支架包括弧板及网格加筋主结构。材料选用低合金铸钢ZG35CrMnSi，采用一体化铸造+机加的工艺进行加工;毛毡材料选用FZ/T25001-2012，毛毡与金属支架采用HG6-415-79橡胶液进行黏接。

4结论

（1）设计地震作用下，各设计参数对抗震性能的影响不明显。相对于MRC，PSBC有接缝，预应力筋等构造，PSBC的弯矩-曲率滞回曲线有较明显的捏缩现象，以极大地震动1.0g为例，PSBC的墩顶最大位移增大25%，残余位移减小31%，最大弯矩与最大曲率分别减小约13%、60%。（2）增大耗能钢筋配筋率、提高混凝土抗压强度和预应力筋分散布置均可有效减小地震作用下PSBC墩顶最大位移、残余位移和接缝张开相对位移。随着耗能钢筋配筋率的增大，每根钢筋承担的荷载逐渐减小，耗能钢筋应力减小，残余位移减小。在罕遇地震作用下，相对于耗能钢筋配筋率为1%，耗能钢筋配筋率为1.68%的墩顶最大位移减小6%，残余位移减小13%，接缝张开最大相对位移减14%。混凝土强度提高20%，残余位移减少约44%;相对于预应力筋集中布置，分散布置后，墩顶位移、残余位移、接缝张开相对位移分别降低约6%、66%、22%。（3）增大耗能钢筋配筋率、预应力筋分散布置均会增大PSBC墩底弯矩和曲率，提高混凝土强度对其影响相对较小。极大地震作用下，耗能钢筋配筋率由1%提高到1.68%，弯矩、曲率分别增大28%、13%;相比于集中布置，分散布置预应力筋使得弯矩、曲率分别增大约28%、59%。

结束语

本文基于影响线法对桥梁所受列车动载荷进行了载荷响应计算，相较于静力学分析的一一计算而言，大大缩短计算量与工作时间，仅进行车辆一个状态的计算即可得出对桥梁最大载荷响应。本文因国内研究信息甚少，若有不当之处，恳请读者指正，希望能为欧标车辆桥梁载荷效应计算提供参考。

参考文献：

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