开行27t轴重列车对小跨度钢筋混凝土桥的影响分析.pdf

6 铁道建筑 Rai l wa y En g i ne e r i n g 文章 编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 5 ) 1 1 0 0 0 6 - 0 5 开行 2 7 t 轴重 列车对小跨度钢筋混凝土桥 的影 响分析 刘 吉元 ， 苏永华 ( 中国铁 道科学研究 院 铁 道建 筑研 究所 ， 北京 1 0 0 0 8 1 ) 摘 要 ： 为充 分挖掘 既 有铁路 的 货运 能力 、 提 高运输 效率 ， 在 既 有线 上 开行 2 7 t 轴 重 货 车是我 国货运 发展 的趋势之一。本文在统计既有线桥梁组成、 调研大轴重机车和货车应用现状的基础上 ， 分析 了大轴重列 车对桥 梁的作用特征 ， 包括2 7 t 轴重各型货车作用下桥梁的受力情况、 不同机车牵引条件下大轴重列车 对桥 梁 受力 的影响 。通 过分析 明确 了 2 7 t 轴重 货车 对跨 度 1 6 0 m 以下钢 筋 混凝 土桥 梁的 影 响和 对机 车 牵 引条件 的适应 性 。 关键 词 ： 2 7 t 轴 重 小跨度钢 筋混 凝 土桥参数 分析 中 图分类 号 ： U 4 4 8 3 4 文 献标识 码 ： A D O I ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 5 1 1 0 2 随着 我 国经济 的快 速发 展和 高速铁 路建 设 的稳步 推进 ， 如何充分挖掘既有铁路的货运能力、 提高运输效 率、 缓解运能与需求之 间的矛盾成 为我 国既有铁路发 展面临的问题。我 国2 0 1 3年起实施的 铁路主要技术 政策中规 定 了 “ 客货 共 线铁路 货 车轴重 研究 推 广 2 5 t ， 研究发展 2 7 t ” ， 为既有铁路货运发展确定 了方向。 轴重 2 7 t 、 载重 8 0 t 级通用货车的投入使用 ， 可以 使单车载重量 比既有货车提高 1 02 0 t ， 从而可以大 幅度提高运能。据测算 ， 按全路每天通用货车装车 1 0 万辆 计算 ， 可 年增 运力 5 8亿 t ， 在 货运 总量 不 变 的情 况下 ， 可 少 开行 近 1 5的货 运列 车 。 我国既有铁路桥梁的建设年代跨越范围大， 设计 、 建设标准不统一 ， 结构类型多样 ， 不同桥梁的状态差异 较 大 。从实 际情 况来 看 ， 既有 铁 路 桥 梁设 备 劣 化 率 偏 高 ， 目前 尚有 部分 桥 梁 不 满 足运 营要 求 。 随着 列 车 轴 重 的增 加 ， 列 车 对 桥 梁 的 作 用 力 增 大 ， 尤 其 是 跨 度 1 6 m以下 的钢 筋混 凝土 梁 ， 受 力 性 能是 否 满 足大 轴 重 列车的运营要求存在不确定性 ， 且既有线 上钢筋混凝 土梁数量众多， 是提高轴重后确定加固改造范 围的重 点所在。因此 ， 开行 2 7 t 轴重列车对小跨度钢筋混凝 土 梁 的影 响需开 展深 人分 析 。 1 既有铁路桥梁状况 截 至 2 0 1 2年 底 ， 全 路 标 准 轨 距 铁 路 共 有 桥 梁 4 8 9 0 5 座 、 I 2 6 3 8 0 4 n l ( 延 长 米 ) ， 其 中 9 0 以上 的桥 收稿 日期 ： 2 0 1 5 - O 7 一 O 1 ； 修回 日期： 2 0 1 5 0 9 - 2 8 基金项 目： 中国铁路总公 司科技 研发项 目( J 2 0 1 4 G 0 1 0 ) ； 中国铁道科 学 研究 院基金项 目( 2 0 1 4 Y J 0 2 9 ) 作者简介： 刘吉元 ( 1 9 8 3 一) ， 男 ， 助理研究员 ， 硕士 。 梁为 混 凝 土 桥 。按 孔 数 统 计 ， 全 路 共 有 混 凝 土 桥 1 9 3 8 3 0 孔 ， 其中预应力混凝土梁桥 1 1 1 4 5 1 孔 ， 占总孔 数的 5 7 5 ； 框构桥等其它类 型结 构桥梁 3 0 4 5 7孔 ， 占总孑 L 数的 1 5 ， 7 ； 钢筋混凝土梁桥 5 1 9 2 2孔 ， 占总 孔数 的 2 6 8 ， 其 中跨 度 1 表 示计 算 列 车编 组 静 活载 效 应 大 于 设 计 活 载 ， - DI g B +Cs 0 E ( 2 7 t ， 。 o _ H xN 3 + C s o e ( 2 7 t ) H X m+ C g 0 E ( 2 7 t) | k I n9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 0_ t N Nnnn寸甘- n n 、 。 卜。 。 0 寸 计算跨度 或影响线加 载长度， m C 8 o 货车 ， 且接近甚至达到设计活载。 3 2 2 5 t 轴 重机 车牵 引 2 7 t 轴重 货车 作用 根据前述计算结果 ， 选择 6种货 车中荷载效应相 对较大的 c ， K 即 货车做为代表货车车型； 结合 既有 大轴重机车运营情况 ， 选择 2 5 t 轴重 6轴 D F 内燃机 车 、 6轴 H X 内燃机车、 8轴 H X。 电力机车作为代表 机车车型。通过将不同型号的机车和货车进行编组组 合 ， 对 2 5 t 轴重 机车 牵 引 2 7 t 轴 重 货 车条 件 下 桥 梁结 构 的受 力情 况进 行分 析 ， 见 图 4、 图 5 。 趔 着 寝 器 - O - C8 0 E ( 2 7 t l _ 0 _DI g B q - C8 0 E ( 2 t l 。 。 一 H xN 3 + ( 8 a E ( 2 7 O 亡 一 H X m+ C 8 0 E ( 2 7 t ) 一 一 9 9 寸 9 0 9 0 c= c= 9 9 9 9 O nn寸寸 n n 卜o 。 O 寸 计算 跨度或影 响线加载长度， m ( a ) 跨中弯矩效应比值 ( b ) 粱端剪力效应比值 图 4 2 5 t 轴重机 车牵 引 C s o E 货车与设计活载的静效应 比值 十KM8 0 ( 2 7 t J - ： - DP 8 B + KMs 0 ( 2 7 t ) 。 -o - H Xr q 3 + K M 8 0 ( 2 7 t1 HX D 2 + KM s 0 ( 2 7 t1 Oaa oo o 。 | 、 - I n 0I n 0寸I n 0寸I n 0l n 0 n O卜0000O00 0一一 nnn寸寸 n I n 、 。 t - 。 0 甘、 。 计算跨度或影响线加载长度， m 趔 舞 翅 ： 囝 ； 释 碡 I -o - K M 8 0 ( 2 7 t ) - -o - D F s B + K M s0 ( 2 7 t ) 。 一 H X N 3 + K M 8 o ( 2 7 t )+ H X m+ K M S 0 ( 2 7 t ) a。0 d 。 1 ： c： 。 n9 9 9 9 9 卜 9 9 9 0 0 9 9 0H_Nt - qt - - 4nnn寸寸I n I n 卜。o 0 寸 计算跨度或影响线加载长度， m ( a ) 跨中弯矩效应比值 ( b ) 粱端剪力效应比值 图 5 2 5 t 轴重机 车牵 引 K 货车与设计活载 的静效应 比值 计 算结 果表 明 ： 1 ) 2 7 t轴 重 C 。 。 货 车 ， 在 2 5 t轴 重 6轴 机 车 ( D F 。 ， H X ， ) 牵引条件下 ， 由于机车轴载集度 比货车 前后车相邻转 向架的轴载集度大 ， 对于跨度在 5 0 m 以上 、 1 6 0 m 以下 的桥 梁 受 力有 一 定 影 响 ， 机 车 +货 车作用下的荷载效应 比货车大 3 左右 ， 其余跨度结 加 =2 m 舯 1 1 1 l 1 O O O 0 O 加 m 粥 ：2 加 如 如 加 m 如 m 舳 2 0 1 5年第 1 1 期 刘 吉元 等 ： 开行 2 7 t 轴重列 车对小跨 度钢 筋混 凝土桥的影响分析 9 构受力不受机车控制 ， 主要由货车控制 ； 在 2 5 t 轴重 8 轴机车 ( H X。 ) 牵引条件下 ， 机车轴载集度小于货车前 后车相邻转向架的轴载集度 ， 机车 +货 车作用下 的荷 载效应与货车基本一致 ， 结构受力不受机车控制 ， 主要 由货车控制。 2 ) 2 7 t 轴重 K 货车 ， 前后 车相邻转 向架的轴载 集 度大 于 2 5 t 轴重 6轴 机车 ( D F 。 ， H X ， ) 和 8轴机 车 ( H X 。 ) ， 对 于 跨度 在 5 0 1T I 以上 、 1 6 0 m 以下 的桥 梁 ， 由于机车轴载 比较集中， 机车 +货车作用下 的荷载效 应 比货 车大 3 左 右， 其余跨 度结构受力不受机车控 制 ； 在 2 5 t 轴重 8轴机车牵引条件下 ， 机车 +货车作用 下 的荷 载效 应与 货 车基 本 一 致 ， 结 构 受 力 不 受 机 车 控 制 ， 主要 由货 车控 制 。 - - - C8 0 E ( 2 7 t ) 0 一HxN L 牛 ( 2 I t ) +CS O E ( -。 - 同机机车( 2 7 t ) + c 8 0 E ( 2 7 t ) 株机 机车( 2 7 t ) + c 8 o E ( ： 。 1一 弋 ：状 9 9 c= 9 c： 9 9 9 0_ _ 一 t q nnn寸寸 n_ n 、 。 卜o 。 0 寸 计算跨度或影响线加载长度， m 3 3 2 7 t 轴重 机车 牵 引 2 7 t 轴 重货 车作 用 考虑到重载运输条件下机车牵引力 和功率要求 、 大轴重货车与机车轴重 的匹配性等因素， 既有铁路存 在运行 2 7 t 轴重机车的可能性 ， 因此对 2 7 t 轴重机车 牵引 2 7 t 轴重货 车 条件 下桥 梁受力 情 况进行 了分 析 。 机车方面 ， 选择 3种 2 7 t 轴重机车做为代表车型 ， 分别为 2 7 t 轴重 6轴机车( 轴距参考 H X ， 简称 H X ， 机车 ) 和 2 7 t 轴重 8轴 机 车 ( 大 同 、 株 洲机 车 车辆有 限 公司制造 ， 简称同机机车、 株机机车 ) ； 货 车方面 ， 选择 2 7 t 轴 重 C ， K 货车做 为 货车代 表 车型 。通过 将不 同型号 的机车和货车进行编组组合 ， 对 2 7 t 轴重机车 牵引 2 7 t 轴重货车条件下桥梁结构的受力情况进行分 析 ， 见 图 6 、 图 7 。 - o_ - - C 同 8 0机 E ( 机2 7 车 t)( 2 7 t c 0E (2 7 t) 株H X机 N 机3 ； 0 9 c= 9 0 9 c： 9 9 9 9 9 0 _ _t qt q n nn 寸甘I n h e 5 卜。 。 0 甘 、 。 计算跨度或影响线加载长度， m ( a ) 跨中弯矩效应比值 ( b ) 粱端剪力效应比值 图 6 2 7 t 轴重机车牵引 C S 0 E 货车与设计活载 的静效应 比值 KM 8 o ( 2 7 t ) o _ Hx N 3 阜 z 7e L t) + KM 8 -o - 同机机车( 2 7 t ) + K M 8 o ( 2 7 t ) 株机机车( 2 7 t) + K M 8 ( 。1 一 ： 、 b 9 9 c： 9 9 9 9 9 c： 9 9 0 0_ _ - _ nnn寸甘 、 。 卜o 。 2 1 计算跨度或影响线加载长度 m ) j粤 =丑 通 辏 R 瘿 碡 j - K M 8 o ( 2 7 D -o - H xN 3 机车( 2 7 t 卅( o _ 同机机车( 2 7 O + KM 8 0 ( 2 7 t ) 株机机车( 2 7 t ) + KM 一 ： 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 9 9 9 0 _ _ _ _ n nn 寸寸 nIn 卜 o 。 2 1 计算跨度或影响线加载长度， m ( a 】 跨中弯矩效应比值 ( b ) 粱端剪力效应比值 图 7 2 7 t 轴重机车牵 引 K M 暑 。 货车与设计活载 的静效应 比值 计 算结 果表 明 ： 1 ) 2 7 t 轴重 C 。 。 ， K 货车在 2 7 t 轴重 6轴机车牵 引条件下 ， 由于机车轴 载集度 比货车 大， 对 于跨 度在 3 0 m 以 上 、 跨 度 1 6 0 m 及 以下 的 桥 梁 ， 机 车 +货 车 作用下的荷载效应大于货车 ， 且接近设计活载效应 ， 其 余跨度结构受力不受机车控制 ， 主要由货车控制。 2 ) 2 7 t 轴重 C ， K 货车在 2 7 t 轴重 8轴机车牵 引条件下 ， 机车 +货车作用下的荷 载效应与货车基本 一 致 ， 结 构受 力 主要 由货 车控 制 。 3 ) 在 2 7 t 轴重 6轴机车牵引 2 7 t 轴重货车条件 下 ， 对于部分跨度的桥梁 ， 机车 + 货车作用下的荷载效 应 大 于货 车 ， 且 接近 设 计 活 载 效应 ， 对结 构 受 力 不 利 ； 在 2 7 t 轴重 8轴机车牵引 2 7 t 轴重货车条件下 ， 机车 +货车作用下的荷载效应与货 车基本一致。因此 ， 既 有线开行 2 7 t 轴重货车时， 具备 2 7 t 轴重 8轴货车牵 引条件 ， 但应避免 2 7 t 轴重 6轴货车牵引， 以免对结构 造 成不 利影 响 。 4 结 论 1 ) 2 7 t 轴重通用货车对桥梁 的作用特征 ： 跨度在 3 0 m及 以下桥梁受力主要受货车轴重控制 ， 跨度在 3 0 m以上、 5 0 m及 以下桥梁受力主要受货车轴重和 加 ：2 m l l l l l O O O O 0 理： H 遥辏R钕磐 加 m 蚰 1 1 1 1 1 O 0 O 0 O 筮通较 静廿 加 m 舳 加 舳 1 0 铁道建筑 转向架固定轴距控制 ， 跨度在 5 5 m及 以上 、 1 6 0 m 及以下桥梁受力主要受货车轴重 、 转 向架 固定轴距和 邻 轴距 控制 。 2 ) 2 7 t 轴 重 通 用 货 车 对 于 机 车 牵 引 条 件 的 适 应 性 ： 既有铁路开行 2 7 t 轴重通用货车时， 具备 2 5 t 轴重 6轴 、 8轴机车和 2 7 t 轴重 8轴机车牵引条件 ， 但应 限 制 2 7 t 轴重 6轴机车牵引， 以免对结构造成不利影响 ， 增 加 桥梁加 固改造 工作量 。 参 考 文 献 1 胡所亭 铁 路重载 运输 条件 下桥 梁 活载 标准 研 究 D 北 京 ： 中 国铁 道科 学 研 究 院 ， 2 0 1 3 2 中华人 民共和 国铁道部 T B T 2 8 2 0 5 1 9 9 9 铁路桥 隧建 筑物劣化评 定标 准 混 凝 土梁 S 北 京 ： 中 国铁道 出版 社 ， 1 9 9 9 3 胡所亭 ， 牛斌 ， 柯 在 田 我 国既 有铁路桥 涵对 开行大 功率机 车适应性分析 J 铁道建筑 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 1 4 4 胡所 亭 ， 牛斌 ， 柯 在 田 我 国既有铁路 桥涵对 开行大 轴 重货 车开行适 应性分析 J 铁道 建筑 ， 2 0 1 3 ( 3 ) ： 1 4 5 王新锐 ， 柯在 田 既有线 开行 大轴重列车关键技术研究 既有线 2 7 t 轴重货车 ( 混 编) 适应性试验报告 R 北京 ： 中 国铁道科学研究院 ， 2 0 1 4 6 中华人 民共和 国铁道 部 T B 1 0 0 0 2 1 2 0 O 5 铁路 桥涵 设 计基本规范 S 北京 ： 中国铁道 出版社 ， 2 0 0 5 An a l y s i s o n i n f l u e n c e o f f r e i g h t t r a i n wi t h 2 7 t a x l e l o a d o n r e i n f o r c e d c o n c r e t e s ma l l s p a n b r i d g e L I U J i y u a n， SU Yo n g h u a ( Ra i l wa y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e ， Ch i n a Ac a d e my o f R a i l w a y S c i e n c e s ， Be i j i n g 1 0 0 0 8 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t： Tr u c k wi t h 2 7 t a x l e l o a d wi l l be o p e r a t e d on the e xi s ti ng r a i l wa ys t o i m p r o ve f r e i g ht t r a ns po r t c a p a c i t y a nd e ffi c i e n c y i n ou r c ou nt r y St a tis t i c s of th e c o m p o s i t i o n o f e x i s t i ng b r i d g e s we r e c o nd uc t e d i n t hi s pa p e r Al s o， t he c ur r e n t s t a t e o f the l o c o m o ti ve s a nd t r u c ks wi th l a r g e ax l e l oa d wc r c i n ve s t i g a t e dOn t hi s b a s i s ， the e f f e c t of t he a c t i o n c ha r a c t e r i s t i c s o f br i dg e s u nd e r l a r g e a x l e t r a i n we r e a na l y z e d， i nc l u di ng t he s t r e s s c o nd i t i on o f t he b r i d g e s u n d e r d i f f e r e n t Wp e s o f t r u c k wi t h 2 7 t a x l e l o a d a n d l o c o mo t i v e t r a c t i o n Th r o u g h t h e a n a l y s i s o f the p e r f o r ma n c e o f r e inf o r c e d c on c r e t e b r i d g e s wi th s pa n l e s s tha n 1 6 0 m ， th e s ui t a b il i t y o f b r i d g e s t o l o c o mot i v e t r a c t i o n wa s a s s e s s e d Ke y wo r ds ： 2 7 t a x l e l o a d； S ma l l s pa n； Re i n f or c e d c o nc r e t e br i dg e； Pa r a m e t r i c a na l y s i s ( 责任审编 郑冰)