樊媛媛

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海市　200000）

適用于軸重35 t的單線重載鐵路32 m簡(jiǎn)支T梁設(shè)計(jì)

樊媛媛

（中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，上海市200000）

目前我國(guó)鐵路發(fā)展方向?yàn)橹剌d和高速。結(jié)合非洲某國(guó)的鐵路重載鐵路工程，提出了軸重35 t列車活載，設(shè)計(jì)采用了預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁。軸重35 t的活載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載力提出了更高的要求，設(shè)計(jì)中綜合考慮結(jié)構(gòu)承載力和梁體運(yùn)輸?shù)雀鞣矫嬉螅?jì)算分析和研究了包括橋面布置形式、梁體結(jié)構(gòu)尺寸、預(yù)應(yīng)力筋布置形式及張拉力的確定等各方面，提出了適用于軸重35 t的簡(jiǎn)支T形梁設(shè)計(jì)方案，對(duì)未來的重載鐵路系列化設(shè)計(jì)提供了一些經(jīng)驗(yàn)。

重載鐵路；軸重；簡(jiǎn)支T形梁

1　重載鐵路概述［1-11］

1.1重載鐵路運(yùn)輸概況

20世紀(jì)50年代以來，重載鐵路運(yùn)輸因其運(yùn)能大、效率高、運(yùn)輸成本低而受到世界各國(guó)鐵路的廣泛重視，如美國(guó)、加拿大、巴西、澳大利亞、南非、瑞典等國(guó)家。世界各國(guó)鐵路由于運(yùn)營(yíng)條件、技術(shù)裝備水平不同，采用的重載火車運(yùn)輸形式和組織方式也各有特點(diǎn)。為了追求鐵路重載運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和技術(shù)的最佳，追求卓越化，主張通過重載解決鐵路運(yùn)輸能力問題，并推進(jìn)國(guó)際鐵路以及其成員之間在重載技術(shù)上的合作和交流，1986年在美國(guó)成立了包括中國(guó)、美國(guó)、加拿大、澳大利亞、南非、俄羅斯、巴西、瑞典、印度等在內(nèi)的國(guó)際重載協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱IHHA）。在第八屆國(guó)際重載運(yùn)輸會(huì)議，對(duì)重載運(yùn)輸?shù)亩x作了新的修訂：重載列車牽引重量至少達(dá)到8 000 t（以前為5 000 t）；軸重（或計(jì)劃軸重）為27 t及以上（以前為25 t）；在至少150 km線路區(qū)段上年運(yùn)量超過4 000萬t（以前為2 000萬t）。

1.2國(guó)際重載鐵路設(shè)計(jì)

自上世紀(jì)90年代開始，世界各國(guó)重載鐵路普遍采用提高軸重來解決運(yùn)輸問題。美國(guó)一級(jí)鐵路標(biāo)準(zhǔn)軸重已是30 t；加拿大魁北克省運(yùn)輸鐵礦的重載鐵路軸重32.5 t；澳大利亞全球第三大鐵礦供應(yīng)商BHP重載鐵路的軸重已經(jīng)提高到37.5 t；巴西卡拉亞斯鐵礦重載鐵路軸重30.5 t。重載鐵路正以優(yōu)異的特性成為各國(guó)鐵路發(fā)展的方向。

1.3我國(guó)重載鐵路橋梁現(xiàn)狀

截止到2013年底為止，我國(guó)鐵路的運(yùn)營(yíng)里程就已超過10萬km，在客貨共線鐵路橋梁中大部分采用的是預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，設(shè)計(jì)活載為中—活載，最大列車軸重為25 t。而提高軸重是世界各國(guó)重載鐵路普遍采用的措施，我國(guó)作為貨運(yùn)大國(guó)，鐵路又是貨運(yùn)主要交通工具，為了滿足鐵路重載需要，先后在大秦線、山西中南部鐵路通道設(shè)計(jì)了重載鐵路簡(jiǎn)支T梁，尤其是后者是為軸重30 t列車活載專門設(shè)計(jì)的預(yù)制梁。

1.4本項(xiàng)目工程背景

該工程位于非洲東部，鐵路運(yùn)輸?shù)哪康氖菍⑸絽^(qū)的煤礦運(yùn)至東部港口，本項(xiàng)目重車方向預(yù)測(cè)I期上行貨流密度為2 550萬噸、II期上行貨流密度為5 250萬t。煤炭運(yùn)至港口后，出口至歐洲以及巴西、中國(guó)、印度和日本等國(guó)。

投資者要求設(shè)計(jì)采用軸重35 t機(jī)車，滿足橋涵100年設(shè)計(jì)年限的要求，其設(shè)計(jì)運(yùn)行速度為80 km/h，同時(shí)要求使用美國(guó)EMD公司生產(chǎn)的SD70ACE型機(jī)車或GE公司的內(nèi)燃ES44AC型機(jī)車。

根據(jù)以用戶要求為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)為本工程設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)支T梁以滿足本工程的需要，本文將以直線32 m簡(jiǎn)支T梁為例，簡(jiǎn)述設(shè)計(jì)過程。

2　單線簡(jiǎn)支T梁受力特點(diǎn)及設(shè)計(jì)思路

2.1單線簡(jiǎn)支T梁特點(diǎn)

一般來說，單線鐵路橋由兩片預(yù)制T梁組成，單線T梁架設(shè)后通過橋面板和橫隔板濕接縫連接成整體，并在隔板處加設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力。單片預(yù)制T梁體積小、質(zhì)量小，架設(shè)靈活，因此在客貨共線鐵路中被廣泛采用。

與客貨共線鐵路相比，軸重35 t的重載鐵路，列車活載效應(yīng)相當(dāng)于其1.4倍左右，因此在梁高及梁重受限的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮結(jié)構(gòu)尺寸、混凝土強(qiáng)度等級(jí)及預(yù)應(yīng)力筋布置等多方面考慮，以滿足結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、耐久、美觀的各功能要求。

2.2單線簡(jiǎn)支T梁設(shè)計(jì)思路

重載鐵路T梁設(shè)計(jì)中主要考慮的方面表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)承載力和橋梁變形滿足功能使用要求；

（2）控制單片預(yù)制梁的重量，使其滿足運(yùn)輸架設(shè)的要求；

（3）橋面布置滿足線路機(jī)械養(yǎng)護(hù)需要；

（4）施工條件差，高強(qiáng)度混凝土配比受限，因此主梁考慮C55高強(qiáng)度混凝土；

（5）工程范圍人煙稀少，控制標(biāo)高工程較少，因此梁高處于次要因素。

3　設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1恒載

（1）梁體混凝土容重以25 kN/m3計(jì)。

（2）二期恒載

二期恒載包括現(xiàn)澆橋面板、擋砟塊、人行道及欄桿、線路設(shè)備、道砟、電纜槽等。綜上所述，設(shè)計(jì)采用二期恒載直線為80 kN/m。

3.2活載

（1）列車活載采用中國(guó)重載鐵路活載圖示，見圖1。

圖1　列車活載圖示

（2）動(dòng)力系數(shù)，按照《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）4.3.5-3公式計(jì)算，為1.194。

（3）人行道荷載豎向靜活載值為距離擋砟墻外側(cè)0.5 m以內(nèi)10.0 kPa，0.5 m以外4.0 kPa，計(jì)算主梁時(shí)人行道活載不與列車活載同時(shí)組合，人行道板按豎向集中荷載1.5 kN計(jì)算。

（4）人行橫向搖擺力取140 kN，作為一個(gè)集中荷載取最不利為止，以水平方向垂直線路中心線作用于鋼軌頂面。計(jì)算橋面板時(shí)，橫向搖擺力作用長(zhǎng)度為4 m。

3.3設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)速度：貨車80 km/h。

（2）擋砟墻內(nèi)側(cè)距線路中心線距離為2.2 m，以滿足大型鐵路養(yǎng)護(hù)機(jī)械設(shè)備作業(yè)的要求。

（3）梁式橋梁結(jié)構(gòu)變形

由于列車靜活載所引起的屬相撓度不應(yīng)超過L/800。

4　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1橋面布置

由于線路大型養(yǎng)護(hù)的要求，因此線路中心距擋砟墻距離不小于2.2 m，同時(shí)考慮曲線上橋梁按平分中矢法布置，橋面中心線至擋砟墻內(nèi)側(cè)距離采用2.25 m。人行道采用角鋼支架形式，寬度0.8 m。電纜槽懸掛于人行動(dòng)欄桿外側(cè)。

本線為單線，采用兩片T梁拼接，兩片梁之間通過橫隔板和橋面板現(xiàn)澆混凝土連成整體，隔板處加設(shè)橫向預(yù)應(yīng)力筋，橋面布置見圖2。

圖2　單線橋面布置（單位：mm）

4.2各細(xì)部尺寸擬定原則

4.2.1上翼緣尺寸確定

單線橋橋面布置及兩片預(yù)制梁間濕接縫的寬度確定了上翼緣的寬度?？紤]結(jié)構(gòu)受力要求及橋面濕接縫施工的便利性要求，兩片梁腹板中心距2.2 m，濕接縫寬度采用0.3 m。

4.2.2下翼緣尺寸確定

下翼緣的尺寸確定要考慮到預(yù)應(yīng)力布筋的需要、結(jié)構(gòu)受力、施工便利、運(yùn)量吊梁的穩(wěn)定性、墩臺(tái)支座布置等綜合因素，再根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，本次工程下翼緣寬度為0.88 m。

4.2.3腹板厚度

腹板的厚度主要考慮結(jié)構(gòu)受力及預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋保護(hù)層厚度的要求，跨中截面為0.24 cm，支座截面為0.44 m。

4.2.3簡(jiǎn)支T梁梁高

簡(jiǎn)支T梁的梁高一方面受線路高程和橋下凈空的限制，同時(shí)要滿足結(jié)構(gòu)受力要求及梁體剛度要求。

目前我國(guó)普通客貨共線鐵路部頒通用圖中簡(jiǎn)支T梁共有兩個(gè)系列的參考圖，分別使用于設(shè)計(jì)時(shí)速160 km/h及200 km/h，設(shè)計(jì)圖號(hào)為通橋（2005）2101和通橋（2005）2201，其主梁梁體混凝土均采用為C55。而已設(shè)計(jì)完成的山西運(yùn)煤通道重載鐵路簡(jiǎn)支T梁設(shè)計(jì)主梁梁體混凝土采用為C60。本設(shè)計(jì)梁高通過2.60～2.80 m的比較后，采用2.7 m。

4.332 m簡(jiǎn)支T梁結(jié)構(gòu)尺寸

單線由兩片預(yù)制邊梁構(gòu)成，其中跨中斷面見圖3、圖4。梁高2.7 m，頂面寬為2.3 m，外側(cè)橋面板厚0.25 m，內(nèi)側(cè)橋面板厚0.30 m，腹板厚0.24 m，擋砟墻高0.45 m。

圖3　跨中截面（單位：mm）

圖4　支座截面（單位：mm）

4.4預(yù)應(yīng)力筋布置

由于重載鐵路橋梁二期恒載和活載相較客貨共線鐵路均很大，預(yù)應(yīng)力筋的布置是極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于預(yù)應(yīng)力筋對(duì)梁體變形的影響，同時(shí)對(duì)各工況要統(tǒng)籌考慮。圖5、圖6為32 m簡(jiǎn)支梁的預(yù)應(yīng)力筋布置形式。預(yù)應(yīng)力筋布置于下翼緣和腹板內(nèi)，采用曲線布置形式，從跨中至兩端分批彎起，起彎點(diǎn)及彎起角度根據(jù)結(jié)構(gòu)受力確定。

跨中截面及梁端截面預(yù)應(yīng)力筋布置見圖5、圖6。

圖5　跨中截面預(yù)應(yīng)力布置

圖6　支座截面預(yù)應(yīng)力布置

各束預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1　預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)參數(shù)

4.5計(jì)算結(jié)果匯總

（1）主要設(shè)計(jì)指標(biāo)見表2。

表2　32 m簡(jiǎn)支T梁跨中截面主要技術(shù)指標(biāo)

（2）各截面彎矩匯總見表3。

（3）各截面剪力匯總見表4。

表3　各截面彎矩匯總（單片梁）

表4　各截面剪力匯總（單片梁）

（4）梁體變形

a.預(yù)應(yīng)力混凝土梁在列車豎向靜活載作用下引起的豎向撓度為20.938 mm，為計(jì)算跨度的1/1 528，滿足撓度容許值L/800。

b.橋梁橫向自振頻率為5.628 Hz，滿足規(guī)范容許值大于55/L0.8。

4.6預(yù)制梁間橫向聯(lián)結(jié)

同一孔兩片預(yù)制梁之間通過橋面板及橫隔板濕接縫混凝土連成整體，并在橫隔板處施加橫向預(yù)應(yīng)力，以增強(qiáng)整孔梁橫向剛度，滿足動(dòng)力特性要求。橫向預(yù)應(yīng)力筋采用公稱16 mm預(yù)應(yīng)力用鋼棒，中間每道隔板設(shè)4根預(yù)應(yīng)力鋼棒，上下各2根；梁兩端每道隔板設(shè)6根預(yù)應(yīng)力鋼棒，上下各3根。

5　結(jié)　語

目前我國(guó)重載鐵路還處在相對(duì)起步階段，國(guó)內(nèi)重載鐵路也只限于軸重30t。但隨著鐵路技術(shù)的不斷完善，技術(shù)輸出、規(guī)范輸出、標(biāo)準(zhǔn)輸出的鐵路走出去效益將不斷顯現(xiàn)，未來滿足不同地區(qū)不同國(guó)家的鐵路運(yùn)輸需要設(shè)計(jì)的重載鐵路將會(huì)逐步予以完善，橋梁設(shè)計(jì)水平也會(huì)不斷得到提高。

［1］TB10002.1-2005，鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.

［2］TB10002.3-2005，鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

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U443.32

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1009-7716（2016）07-0119-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.035

2016-04-01

樊媛媛（1983-），女，新疆烏魯木齊人，工程師，從事鐵路橋梁及市政橋梁設(shè)計(jì)工作。