基于影響線法的鐵路橋梁載荷計(jì)算

王遠(yuǎn)鑫

摘要：作為鐵路運(yùn)輸家族中的特殊成員—長大貨物車，雖然其數(shù)量較少，但承擔(dān)著超高壓輸變電設(shè)備、大型機(jī)電設(shè)備等國家重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目的鐵路運(yùn)輸任務(wù)。為保障大型設(shè)備的鐵路運(yùn)輸安全，對長大貨物車的運(yùn)輸監(jiān)測與安全評估具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，鐵路超限專列運(yùn)輸都安排有常規(guī)安全監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容涵蓋車體結(jié)構(gòu)動應(yīng)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(jiān)測項(xiàng)點(diǎn)規(guī)定了相應(yīng)安全控制指標(biāo)，但這些監(jiān)測內(nèi)容并沒有包括止擋結(jié)構(gòu)等局部承載件的動載荷監(jiān)控，而這些局部承載結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)安全評估又是鐵路運(yùn)輸部門關(guān)心的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：橋梁;影響線;載荷計(jì)算

引言

橋梁傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方式速度慢、污染嚴(yán)重且影響交通。節(jié)段預(yù)制具有生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、現(xiàn)場安裝快速便捷、施工節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，較好的響應(yīng)了新時(shí)代的橋梁建設(shè)理念，改善了現(xiàn)澆施工的不利影響，得到了愈加廣泛的應(yīng)用。

1基于影響線載荷效應(yīng)計(jì)算

某量值隨單位移動載荷位置變化而變化的規(guī)律，稱為該量值的影響線。影響線表示結(jié)構(gòu)中在跨度方向上移動的單位載荷在某一量值（內(nèi)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(jié)果。該變化規(guī)律通常用函數(shù)方程和函數(shù)圖像表示，該函數(shù)方程又稱影響線方程。列車載荷下橋梁構(gòu)件應(yīng)力可通過式（1）得到：

式中：S（t）為應(yīng)力響應(yīng)，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(gè)輪對的靜軸重;ys（）為所計(jì)算截面的應(yīng)力影響線函數(shù);Li（t）為第i個(gè)輪對在t時(shí)刻的位置;N為列車總的輪對數(shù)。值得注意的是，靜力影響線并不包含動力效應(yīng)，式中的t僅表示應(yīng)力響應(yīng)S（t）與列車在橋梁上軸重的位置有關(guān)。繪制影響線有靜力法和機(jī)動法兩種基本方法。前者以靜力平衡條件為依據(jù)，寫出影響線方程，據(jù)此作出影響線曲線。后者是以虛功原理為依據(jù)，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(shí)，如果貨物承載肩座的摩擦力不足以克服橫向慣性力，運(yùn)輸過程中貨物會發(fā)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(jié)構(gòu)包括鋼擋和木擋，鋼擋為槽型鋼結(jié)構(gòu)焊接在側(cè)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(jìn)行壓實(shí)，運(yùn)行過程中橫向慣性力通過木擋傳遞至鋼擋、再傳遞到側(cè)承梁和大車結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)對橫向止擋載荷的直接測量，在鋼擋和木擋之間設(shè)置一定間隙，設(shè)計(jì)由貨物-木擋-載荷感知元-鋼擋結(jié)構(gòu)的組合式橫向載荷測量裝置實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取。為增加測力鋼木擋安裝和預(yù)壓的現(xiàn)場可操作性，在輪輻式壓力傳感器與鋼擋之間設(shè)置傳力螺桿，螺桿根部焊接在鋼擋內(nèi)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(yù)壓螺母與墊片，通過擰緊螺母即可將木擋向變壓器進(jìn)行壓實(shí)。該組合式橫向止擋載荷監(jiān)測技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)橫向動載荷從貨物-木擋-載荷感知元-預(yù)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?；趥鞲衅鞯墓ぷ髟砗弯撃緭醯脑O(shè)置目的，測力鋼木擋只能輸出貨物對止擋結(jié)構(gòu)的壓力，而非反方向的拉力。

3工裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jìn)行連接，然后將金屬支架與凸塊進(jìn)行連接，金屬支架與每個(gè)凸塊間通過4個(gè)Q/Dy1398.1-2014GH4169抗剪螺栓進(jìn)行連接。組合工裝安裝后，全箭起吊轉(zhuǎn)運(yùn)至鐵路保溫運(yùn)輸箱內(nèi)，保證保溫運(yùn)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(yùn)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(jī)加的工藝進(jìn)行加工;金屬支架包括弧板及網(wǎng)格加筋主結(jié)構(gòu)。材料選用低合金鑄鋼ZG35CrMnSi，采用一體化鑄造+機(jī)加的工藝進(jìn)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(jìn)行黏接。

4結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)地震作用下，各設(shè)計(jì)參數(shù)對抗震性能的影響不明顯。相對于MRC，PSBC有接縫，預(yù)應(yīng)力筋等構(gòu)造，PSBC的彎矩-曲率滯回曲線有較明顯的捏縮現(xiàn)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(qiáng)度和預(yù)應(yīng)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(dān)的荷載逐漸減小，耗能鋼筋應(yīng)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%?；炷翉?qiáng)度提高20%，殘余位移減少約44%;相對于預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋分散布置均會增大PSBC墩底彎矩和曲率，提高混凝土強(qiáng)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(yù)應(yīng)力筋使得彎矩、曲率分別增大約28%、59%。

結(jié)束語

本文基于影響線法對橋梁所受列車動載荷進(jìn)行了載荷響應(yīng)計(jì)算，相較于靜力學(xué)分析的一一計(jì)算而言，大大縮短計(jì)算量與工作時(shí)間，僅進(jìn)行車輛一個(gè)狀態(tài)的計(jì)算即可得出對橋梁最大載荷響應(yīng)。本文因國內(nèi)研究信息甚少，若有不當(dāng)之處，懇請讀者指正，希望能為歐標(biāo)車輛橋梁載荷效應(yīng)計(jì)算提供參考。

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