车道布置对铁路拱辅梁桥静力影响研究

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1、车道布置对铁路拱辅梁桥静力影响研究　　摘要：以广元嘉陵江双线特大桥为研究对象，对移动荷载的分析按照三种不同的车道布置方式，考虑冲击系数，分析梁和拱的受力特性，并进行比较分析。研究结果表明：移动荷载不同车道布置形式下，对连续梁的影响要远大于对拱的影响。关键词：移动荷载；冲击系数；车道布置铁路运输在我国有着举足轻重的地位，甚至影响着国民经济的命脉。在早期，我国修的铁路大都是单线，尤其是在河流、山谷地区更是如此，但随着我国经济的快速发展，单线铁路已不能满足我国日益繁重的铁路运输。即使是跨越江川河流的铁路桥梁，也需要双线来满足要求。单线铁路桥在移动荷载的作用下是不会产生扭矩的，而双线铁路桥

2、在偏载的作用下会产生扭矩，就需要桥梁的横向达到足够的刚度，甚至需要在设计中用横隔板来增强桥梁的横向刚度。虽然在桥梁的设计过程中必然有移动荷载的受力分析，但目前还没有专门的文献对移动荷载不同的作用方式进行比较性的分析。因此，本文以兰渝线广元嘉陵江双线特大桥为例，对移动荷载不同作用方式下桥梁的受力特性进行分析。1冲击系数6工程概况详见文献[4]。在公路桥梁的新规范中，汽车荷载的冲击系数已经采用基频来进行计算，但在铁路桥梁的规范中，仍然采用与跨度L有关的动力系数的计算方法。《铁路桥涵设计基本规范》中规定如下：列车竖向活载包括列车竖向动力作用，该列车竖向活载等于竖向静活载乘以动力系数（1+

3、μ），其动力系数应按下列公式计算：钢筋混凝土、混凝土、石砌的桥跨结构及涵洞、钢架桥，其顶上填土厚度h≥1m（从轨底算起）时，不计列车竖向动力作用。当h，式中L以m计，除承受局部活载杆件为影响线加载长度外，其余均为桥梁跨度。因此，该桥中h取值为0.5m，跨度取最大跨度172m，计算动力系数1+μ=1.059。2移动荷载不同的作用方式研究2.1有限元计算模型介绍本桥采用MidasCivil2010进行模拟，在计算移动荷载的作用时，以成桥状态作为初始状态，按照不同的车道布载方式建立模型，以此得到移动荷载不同方式作用下桥梁的受力状况。6模型对单元的处理上，连续梁及拱肋弦管、弦管内混凝土均采

4、用梁单元进行模拟，拱肋缀板及板内混凝土采用板单元进行模拟。拱肋弦管和弦管内混凝土是双单元模式。吊杆采用的是只受拉桁架单元。该模型共有411个节点，744个单元，其中梁单元574个，板单元132个，只受拉单元38个。2.2车道布置方案移动荷载的计算方法有两种：一种是静荷载乘以冲击系数的方法，实际是考虑了移动荷载的动力作用，对静荷载进行放大，归根结底，计算过程还是按静力进行计算；一种是按移动荷载实际的动力效应进行计算。本文采用的是第一种方法。模型中对连续梁用杆系梁单元进行模拟，因此在进行移动荷载的计算时用MidasCivil中的车道荷载进行模拟。双线桥最多只有两个车道，这样就会有三种不

5、同的车道布置方案。方案1中，车道是偏载布置，将会使桥和拱产生扭矩；而方案2和方案3，都不会使梁拱组合体系产生扭矩的作用，方案3为双车道，意味着是方案1和方案2两倍的移动荷载布置。3不同车道布置形式下的受力分析3.1梁、拱扭矩分析按照上面的方案，在模拟的杆系梁单元上建立不同的车道，就可以得到移动荷载不同加载方式下梁、拱产生的扭矩情况，即可对三种方案下的扭矩大小进行比较性分析。6对表1中方案1和方案2的数值进行比较可以发现，偏载会使梁体产生比较大的扭矩，这就要求梁体的横向要有足够的刚度；再对方案1不同位置的扭矩值进行比较，可以发现在墩部的扭矩值比其他部位要大，尤其是中跨墩部达到全桥的最

6、大值；表2显示移动荷载对拱肋产生的扭矩值很小，基本可以忽略不计，从这个方面也可以看出，两榀拱肋的横向联系主要是为了维持拱肋不平衡施工及风力等横向力作用下的横向稳定性。3.2梁、拱弯矩分析连续梁分析截面为边跨跨中、中跨墩顶、中跨1/4截面、中跨跨中；钢管拱分析截面为拱脚、1/4截面、拱顶。表3和表4，可以发现移动荷载对连续梁产生较大的弯矩，而对拱产生的弯矩较小，这是因为拱的受力主要是由吊杆将梁体的影响传递给拱，而吊杆是对称布置。3.3梁、拱位移变化情况在求解移动荷载的作用效果时，就是以成桥状态梁和拱的位移作为初始状态，以移动荷载后的状态作为结束状态。通过对表5和表6相同方案、相同位置

7、的位移变化量进行比较发现，连续梁的位移变化量比相同位置拱肋的变化值要大，通过方案3放大之后，中跨跨中和拱顶相差1.2cm，这就会对吊杆的受力产生影响；表6中各方案上下游1/4截面数值相差不大，且看不出规律，说明偏载使两榀拱肋产生的位移基本相同。63.4吊杆受力变化情况由于梁、拱刚度的不同，在经过相同的移动荷载时，梁和拱的位移就会发生不同步的现象，以此对吊杆的伸长量产生影响，也就是吊杆的内力发生了变化。吊杆内力变化最大值均在中跨跨中，从方案2可以看出，偏载会使移动荷载作