第６０卷第２期 铁道标准设计 ＶｏＩ．６０ Ｎｏ．２ ２０１６年２月 ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ Ｆｅｂ．２０１６ 文章编号：１００４—２９５４（２０１６）０２—００８５—０４ 重载铁路小半径曲线跨度３２ ｍ简支Ｔ梁设计研究 梁正中 （铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处，天津３００１４２） 摘要：铁路专用线是近几年快速发展的铁路建设形式之一，重载小半径铁路专用线更是主要的发展方向。晋中 南铁路专用线采用３００ ｋＮ轴重列车活载，其单线最小曲线半径３００ ｍ，双线最小曲线半径６００ ｍ，超出３２ ｍ常用跨 度简支Ｔ梁粱图适用范围，而采用更小跨度的简支Ｔ梁或连续箱梁不经济。根据铁路小半径重栽桥梁的特点，提 出小半径曲线下重载铁路简支Ｔ梁的设计方案。重点研究适用于小半径简支Ｔ粱的偏栽计算，分别提出恒载偏栽 和活栽偏栽的计算方法。目前多条专用线已经通车运营，实践证明设计方案是合理可行的。 关键词：重载铁路；Ｔ形梁；小半径曲线；偏载计算；设计 中图分类号：Ｕ２３９．１；Ｕ４４８．２１ ２ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１３２３８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４—２９５４．２０１６．０２．０１８ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｉｍｐｌｙ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｔ－ｂｅａｍｓ ｗｉｔｈ Ｓｍａｌｌ Ｒａｄｉｕｓ Ｃｕｒｖｅ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ．ｈａｕｌ Ｒａｉｌｗａｙ ＬＩＡＮ Ｇ Ｚｈｅｎｇ—ｚｈｏｎｇ （Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｉｄｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｉｓ ｏｎｅ ｋｉｎｄ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｒａｐｉｄｌｙ ｒｅｃｅｎｔｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ—ｈａｕｌ ｒａｉｌｗａｙ ｗｉｔｈ ｓｍａｌｌ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｃｕｒｖｅ ｔｅｎｄｓ ｔｏ ｄｏｍｉｎａｔｅ．Ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｉｄｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ Ｓｈａｎｘｉ—Ｈｅｎａｎ—Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｒａｉｌｗａｙ ａｄｏｐｔｓ ３００ ｋＮ ａｘｌｅ ｌｏａｄｉｎｇ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｃｕｒｖｅ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｌｉｎｅ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｌｉｎｅ ｉｓ ３００ｍ ａｎｄ ６００ｍ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒａｄｉｕｓｅｓ ｏｆ ｃｕｒｖｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｉｄｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｂｏｖｅ ａｒｅ ｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ３２ ｍ Ｔ－ｂｅａｍ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｄｒａｗｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｉｓ ｍｕｃｈ ｈｉｇｈｅｒ ｉｆ ｓｍａｌｌｅｒ ｓｐａｎ ｓｉｍｐｌｙ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｔ·ｂｅａｍ ｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｂｏｘ ｇｉｒｄｅｒ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｈａｕｌ ｒａｉｌｗａｙ ｓｉｍｐｌｙ ｓｕｐｐｏｓｅｄ Ｔ－ｂｅａｍ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｈａｕｌ ｒａｉｌｗａｙ． Ｓｔｕｄｙ ｉｓ ｆｏｃｕｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂｉａｓ ｌｏａｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｈａｕｌ ｒａｉｌｗａｙ ｓｉｍｐｌｙ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ Ｔ－ｂｅａｍ ｔｏ ｆｉｎｄ ｏｕｔ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｂｉａｓ ｄｅａｄ ｌｏａｄ ａｎｄ ｂｉａｓ ｌｉｖｅ ｌｏａｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｓｉｄｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙｓ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｅａｖｙ ｈａｕｌ ｒａｉｌｗａｙ；Ｔ—ｂｅａｍ；Ｓｍａｌｌ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｃｕｒｖｅ；Ｂｉａｓ ｌｏａｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；Ｄｅｓｉｇｎ １ 小半径曲线重载铁路的背景及目的 目的地，亦越来越多地涉及煤炭、矿石等散货储运装工 程。铁路专用线是近几年快速发展的铁路建设形式之 货运重载化是世界铁路发展的重要方向之一…。 一，同时国家颁布了《ｎｌ、Ⅳ级铁路设计规范》 ，重 铁路作为陆路交通运输主要方式之一，在我国综合物 载小半径铁路专用线更是主要的发展方向，结合专用 流系统发展和不断完善过程中正越来越多地承担起大 线铁路项目速度目标值低、工程造价低、工程周期短、 宗散货长距离运输任务。铁路建设项目中，衔接干线 投资收益快等自身特点及要求，研究适应于小半径重 铁路、公路、水运等其他运输方式的货物交接点或运输 载线路的梁型有很强的紧迫性和必要性。 晋中南专用线依托晋中南重载铁路，采用３００ ｋＮ 收稿日期：２０１５—０６—２９；修回日期：２０１５—０７—１４ 作者简介：梁正中（１９８４一），男，工程师，２００６年毕业于石家庄铁道学 轴重列车，由于地形复杂，为节省投资，需要采用较小的 院，工学学士。 平面曲线半径（３０Ｏ～８００ ｍ），已经超出３２ ｍ常用跨度 ８６ 铁道标准设计 第６０卷 简支Ｔ梁梁图适用范围 。而采用更小跨度的简支Ｔ 梁或连续箱梁不经济，且采用小跨度连续箱梁曲线内侧 端支座易脱空、曲线梁体向曲线外侧径向产生整体侧移 等问题比较突出。本文选择研究适用于小半径曲线的 ３２ ｍ标准跨度双线桥，对桥面布置形式、梁体结构尺寸、 ＢＳＡＳ分别建模计算；ＢＳＡＳ平面模型采用梁单元模 拟，共采用４２个梁单元，４３个节点，支点与主梁节点 共节点；空间模型中主梁和横隔板均采用梁单元模拟， 支座采用刚性连接单元模型。模型共采用５３１个梁单 元，６１０个节点，中间湿接缝中心采用铰接处理：只传 递剪力不传递弯矩。重点研究偏载对梁体受力及变形 影响，Ｍｉｄａｓ空间模型可按两类曲线布置形式进行计 算：（１）曲线内侧线路为计算线，按平分中矢布置，曲 线外侧线路随线间距变化而相应布置，简称内平分中 矢；（２）曲线外侧线路为计算线，按平分中矢布置，曲 线内侧线路随线间距变化而相应布置，简称外平分中 矢。并与公路“刚接板法” 进行对比分析，得出适 预应力筋布置形式等进行了计算分析和研究，提出小半 径曲线下重载铁路简支Ｔ梁的设计方案。 ２研究方法及重点 普速铁路简支梁桥一般由多片预制Ｔ梁架设就 位，再通过桥面板和横隔板湿接缝现场浇筑连接成整 体，并在横隔板处设置横向预应力。一般单线桥由 ２片Ｔ梁组成，双线桥由４片Ｔ梁组成。小半径曲线 线路条件下，线路中线与梁中线的偏移、离心力的作用 和超高的设置将使每片梁发生偏载 ’ 。梁各截面的 用于铁路小半径梁的偏载计算方法。限于篇幅，重点 分析中梁的受力及变形情况。Ｍｉｄａｓ空间模型如图 ２所示 弯矩和剪力及扭矩亦将较直线梁增大，此时每片梁不 仅产生平面弯曲还伴随着扭转，但由于多片式Ｔ梁均 采用横隔板联接使其成为整体，为安全及简化计算，将 扭矩的影响转化为平面弯曲考虑，仅将其弯矩和剪力 予以增大。 图２ Ｍｉｄａｓ空间模型 晋中南铁路专用线单、双线简支Ｔ梁，单线半径 ３００～６００ ｍ（不含），双线半径６００—８００ ｍ（不含）。 列车活载：采用重载，如图１所示。 至 至 至 ８ ８ ８ １０２ ｋＮ／ｍ Ｉ３计算分析及结果分析 ３．１ 计算分析 互 至 １０２ ｋＮ，ｍ 至 ３．１．１ 结构尺寸 单线梁采用两片边梁，双线梁采用两片边梁和两 ８ ８ ８ 昌 ８ ｌ＿——ｊ Ｉ！： Ｉ！： ｌ！： ｝ 特种活载 片中梁。主梁计算跨度３２ ｍ，全长３２．６ ｍ，梁高 ２．６ ｍ，轨底至梁底建筑高度为３．３ ｍ。预制边梁顶宽 为２．３ ｍ，双线中梁顶宽１．７ ｍ，下缘宽均为０．８８ ｍ。 无限长Ｄ．８１ １．６ ｌ １．６ ｌ １．６ １０．８１ 无限长 图１ 重载列车活载图示（单位：ｍ） 桥面板上设计２％的横向排水坡。双线Ｔ梁横向布置 采用空间有限元软件Ｍｉｄａｓ和杆系有限元软件 ２ １００ １５０１５０ １ ７００ 见图３。 ｌ ７００ １５０１５０ ２ ｌ００ ２１０．２ｔ０ 图３双线Ｔ梁横向布置（单位：ｍｍ） ３．１．２ 分析重点 中矢两种曲线布置形式及线间距数值（图４、图５），分 （１）恒载偏载 别计算现浇横隔板、现浇桥面板、人行道支架及步板、 根据《铁路轨道设计规范》（ＴＢ１００８２－－２００５）中曲 线外轨最大超高不应大于１５０ ｍｍ，并考虑内、外平分 轨枕及扣件、电缆槽及电缆、道砟、声屏障、挡砟块、防 水层等二期恒载 。 第２期 梁正中，左家强一重载铁路小半径曲线跨度３２ ｍ简支Ｔ梁设计研究 ８７ 图４ 内平分中矢桥面布置（单位：ｍｍ） 图５外平分中矢桥面布置（单位：ｍｍ） Ｍｉｄａｓ空间模型是将各个分项的二期恒载分别施 加到各个空间Ｔ梁上，其荷载分配按照其横向刚度大 期恒载＋收缩徐变）受力对比分析详见表２。 表２ Ｍｉｄａｓ和ＢＳＡＳ恒载对比分析 小自由分配；ＢＳＡＳ单梁模型是将表１中的主梁分配的 二期恒载施加到单梁模型上。 表１ 内、外平分中矢下各片梁承担二期恒载 ｋＮ／ｍ 从计算结果可以看出，空间模型恒载偏载系数最 大１．００６，单梁模型恒载偏载系数１．１４３。针对小半径 曲线梁的特殊性，推荐采用单梁模型计算。 （２）活载偏载 本文采用刚接板法 、Ｍｉｄａｓ空间模型对中梁活 Ｍｉｄａｓ空间模型和ＢＳＡＳ单梁模型恒载（自重＋二 载横向分布系数 。。分别进行计算，计算结果如表３ 所示。 表３横向分布系数对照 结果显示，采用刚接板法计算时，因无法考虑离心 力、横向摇摆力的影响，横向分布系数较Ｍｉｄａｓ计算结 ３．２ 结果分析 ３．２．１ 受力结果分析 果小，计算偏于不利。故采用Ｍｉｄａｓ空间模型作为单 梁计算的计算依据，偏载系数取１．１２。 根据有限元分析结果，截面应力验算结果详见表 ４，均满足设计规范要求。 ８８ 表４截面应力验算 铁道标准设计 第６０卷 Ａ＝６。１８ Ｏ９”。可见，小半径曲线桥梁偏距和偏角均 非常大，故桥梁架设时，必须执行《ＴＪ１６５型架桥机使 用说明书》、《ＤＪ１８０型架桥机使用说明书》的要求并 严格执行《铁路架桥机架梁暂行规程》和《架桥机安 全操作规程》等相关规定。目前多条重载铁路专用 ３．２．２变形结果分析 线在施工中采用ＴＪ１６５和ＤＪ１８０架桥机均实现了小 半径Ｔ梁的架设。 ５ 结论 根据有限元分析结果，重载作用下最大竖向挠度 为２１．７９ ｍｍ，小于Ｌ／１ ０００＝３２．０ ｍｍ，满足规范要求， 详见表５；在列车摇摆力、离心力、风力和温度作用下， 梁体水平挠度为１．４６ ｍｍ，小于梁体计算跨度的 １／４ ０００＝９．８８ ｍｍ，满足规范要求 ” 。 表５竖向静活载位移验算 ３．２．３横向自振频率结果分析 横向自振频率按双线全桥空间模型（４．０ ｍ线间 距）的自振频率给出，其自振模态如图６所示。梁体 横向自振频率为８．３２ Ｈｚ，大于５５／Ｌ ＝３．４４ Ｈｚ，满足 《铁路桥涵设计基本规范》（ＴＢ １０００２．１—２０Ｏ５）相关 要求。双线Ｔ梁横向自振模态见图６。 图６ 双线Ｔ梁横向自振模态 ４ Ｔ梁架设设计及工程实践 简支Ｔ梁采用分片预制、分片架设的方法，设计 中对ＴＪ１６５、ＤＪ１８０等型号架桥机工况进行检算，满 足设计规范要求。简支梁曲线布置按平分中矢布 置，为满足线路中心到道砟槽内侧距离不小于２．２ ｍ 的规范要求 ，简支Ｔ梁需调整梁肋中心距，支座及 支承垫石位置相应调整。如图７所示，半径Ｒ＝ ３００ ｍ的单线３２ ｍ简支Ｔ梁，偏距Ｅ＝２３ ｃｍ，偏角 图７单线桥梁弯道布置（单位：ｃｍ） 根据铁路小半径曲线重载桥梁的特点，重点研究 了适用于小半径简支Ｔ梁的偏载计算方法。并以双 线梁为例分别采用空间有限元软件Ｍｉｄａｓ和杆系有限 元软件ＢＳＡＳ对恒载偏载进行分析计算，推荐采用 ＢＳＡＳ单梁模型计算恒载；分别采用刚接板法和Ｍｉｄａｓ 空间模型对活载横向分布系数进行分析计算，推荐采 用Ｍｉｄａｓ空间模型计算活载。结构受力、变形等均满 足设计规范要求。晋中南重载铁路专用线采用单线最 小半径Ｒ＝３００ ｍ简支Ｔ梁，双线最小半径Ｒ＝６００ ＩＴＩ 简支Ｔ梁，目前多条专用线已经通车运营，实践证明 设计方案是合理可行的。 参考文献： ［１］ 钱立新．国际铁路重载运输发展概况［Ｊ］．铁道运输与经济， ２００２（１２）：５５—５６． ［２］ 中华人民共和国铁道部．ＴＢ１０００２．１—２ＯＯ５铁路桥涵设计基本 规范ｆ Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５． 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中华人民共和国住 房及城乡建设部．ＧＢ５００１２－－２０１２Ⅲ、ＩＶ级铁路设计规范［Ｓ］．北 京：中国计划出版社，２０１２． ［４］ 刘玉亮．重载铁路简支Ｔ形梁设计［Ｊ］．铁道标准设计，２０１１（９）： ４３—４７． ｌ ｊ 铁道部专业设计院．铁路工程设计技术手册·混凝土桥［Ｍ］．北 京：中国铁道出版社，１９９８． ［６］ 范立础．桥梁工程（上）［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１． ［７］ 李国豪，石洞．公路桥梁荷载横向分布计算［Ｍ］．北京：人民交通 出版社，１９８７． ［８］ 左家强．大秦铁路开行２万ｔ级重载列车对既有桥梁上部结构的 影响［Ｊ］．铁道标准设计，２００６（１）：４３—４５． ［９］ 凌夏青．铁路通用混凝土简支Ｔ梁的最小适用半径探讨［Ｊ］．铁道 标准设计，２００８（１０）：５３—５５． ［１０］宋广君．重载桥梁在混合车列作用下横向分布系数的计算方法研 究［Ｊ］．城市道桥与防洪，２０１２（８）：３１４—３１６． 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