重載運(yùn)輸橋梁設(shè)計(jì)列車標(biāo)準(zhǔn)活載的修訂

重載運(yùn)輸橋梁設(shè)計(jì)列車標(biāo)準(zhǔn)活載的修訂

重交通是中國鐵路發(fā)展的方向之一。在重載運(yùn)輸不斷發(fā)展情況下,對(duì)鐵路橋梁設(shè)計(jì)列車標(biāo)準(zhǔn)活載進(jìn)行修訂,增加鐵路橋梁發(fā)展貯備十分必要。1客車及客車結(jié)構(gòu)形式的選擇設(shè)一個(gè)國家的活載標(biāo)準(zhǔn)圖式在各種不同跨度l情況下的換算均布荷載為qpl,實(shí)際運(yùn)營的最大重載列車通過不同跨度橋梁時(shí)的換算均布荷載為qsl,則發(fā)展貯備系數(shù)定義為:kl=qplqslkl=qplqsl。對(duì)同一跨度,根據(jù)不同影響線位置α,可計(jì)算出五個(gè)換算均布荷載,即q(0.0),q(0.125),q(0.25),q(0.375),q(0.5),則可得出五個(gè)發(fā)展貯備系數(shù)。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理,求出一個(gè)國家在不同跨度情況下的發(fā)展貯備系數(shù)的平均值k(α)ˉˉˉˉˉˉˉk(α)ˉ和均方差σk(α)。根據(jù)鐵道科學(xué)研究院組織大秦線萬噸列車試驗(yàn)時(shí)的建議及列車運(yùn)營的實(shí)際情況,將各個(gè)國家實(shí)際重載運(yùn)輸?shù)淖钪亓熊嚹Ｐ突癁閮煞N重載列車。1)A型車:兩臺(tái)機(jī)車+貨車的最大延米重,見圖1(a)所示。2)B型車:貨車的最大延米重+一臺(tái)機(jī)車+貨車的最大延米重,見圖1(b)所示。美國、蘇聯(lián)、日本、法國、德國、英國以及國際鐵路聯(lián)盟等橋梁設(shè)計(jì)中列車活載標(biāo)準(zhǔn)圖見圖2～圖6所示。美國鐵路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是機(jī)車和車輛的軸重大。牽引動(dòng)力主要以內(nèi)燃牽引為主,電力機(jī)車數(shù)量較少。其內(nèi)燃機(jī)車的軸重達(dá)到31.78t,以C30-7A的延米重最大,達(dá)到了9.30t·m-1,功率3000HP,機(jī)車長度20.5m,美國的重載運(yùn)輸一般采用多機(jī)牽引。美國貨車中有一型號(hào)為2980B的漏斗車,自重25t,載重91t,四軸,長度11.963m,該車軸重28.75t,在貨車中其軸重不是最大,但延米重達(dá)9.70t·m-1,在貨車中是最大的。選擇該型貨車為最重列車編組。蘇聯(lián)的機(jī)車和車輛編組具有兩個(gè)特點(diǎn):(1)貨車延米重比機(jī)車延米重大,貝—阿鐵路采用的T型油罐車延米重9.45t·m-1;(2)機(jī)車軸重大,貨車軸重小,由于機(jī)車延米重小于貨車延米重,因此選擇機(jī)車的首要條件是軸重最大。經(jīng)調(diào)查和統(tǒng)計(jì),BΠ型機(jī)車軸重最大,達(dá)26.78t。德國的機(jī)車最大軸重為電力機(jī)車150型,21.3t,六軸,長度19.49m,機(jī)車延米重6.57t·m-1,功率4500kW。選擇150型電力機(jī)車為最重列車的牽引機(jī)車。德國的現(xiàn)有貨車中,以重力自卸車的延米重為大,用于國際聯(lián)運(yùn)中運(yùn)煤、焦炭和礦石等大宗散裝貨物。其中有一種型號(hào)為kkt57型重力自卸車,于五十年代中制成,四軸,延米重6.99t·m-1,在重載貨車中為最大。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和比選,日本的機(jī)車選擇EF65型電力機(jī)車,選擇的貨車為運(yùn)送石灰石的漏斗車,長度8.75m,自重15.5t,載重35t,總重50.5t,延米重為5.77t·m-1。英國是最先采用國際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的國家。其機(jī)車中以58型內(nèi)燃機(jī)車軸重和延米重為最大,軸重21.33t,延米重6.63t·m-1。有一種鋼錠車總重102t,延米重6.3t·m-1,在重載貨車中為最大。法國無論是機(jī)車還是貨車軸重和延米重均較小。選擇67400型內(nèi)燃機(jī)車為最重列車牽引機(jī)車,貨車中以裝運(yùn)礦石和煤的漏斗車延米重最大,延米重為6.35t·m-1。為了制定UIC活載圖式,國際鐵路聯(lián)盟確定了兩種機(jī)車和一種重型貨車。這些車型是使用UIC荷載設(shè)計(jì)橋梁的線路所能運(yùn)營的最大運(yùn)輸車型。這與我國制定鐵路橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活載的原則不同。我國制定活載標(biāo)準(zhǔn)時(shí),首先要預(yù)測未來一段時(shí)間內(nèi),機(jī)車和貨車所能達(dá)到的水平。盡管這種預(yù)測考慮了很多影響因素,實(shí)際的發(fā)展結(jié)果往往與預(yù)測的希望不符,而按UIC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的線路,規(guī)定了未來機(jī)車車輛能達(dá)到的最高水平。國際鐵路聯(lián)盟規(guī)定的最重列車編組為:1)B-B型機(jī)車(2臺(tái))+8.0t·m-1貨車;2)C-C型機(jī)車(2臺(tái))+8.0t·m-1貨車。本文對(duì)以上幾個(gè)國家的發(fā)展貯備系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。在跨度相同的情況下,由A型車和B型車計(jì)算得出的發(fā)展貯備系數(shù)差別不大,并且按跨度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出的均值和均方差基本相同。表1、表2、表3分別給出了跨度為3m,32m,120m時(shí),幾個(gè)國家在五個(gè)影響線位置下發(fā)展貯備系數(shù)的計(jì)算結(jié)果。圖7為當(dāng)α=0.5時(shí)幾個(gè)國家由A型車計(jì)算得出的發(fā)展貯備系數(shù)與跨度的關(guān)系曲線。綜合各個(gè)國家橋梁設(shè)計(jì)的發(fā)展貯備,對(duì)不同影響線位置條件下的均值和均方差進(jìn)行再平均,以代表這些國家的發(fā)展貯備水平,其結(jié)果如表4。從各個(gè)國家發(fā)展貯備系數(shù)的計(jì)算結(jié)果可以看出,小跨度和大跨度橋梁的貯備系數(shù)較小,中等跨度橋梁的貯備系數(shù)較大。當(dāng)跨度較小時(shí),集中荷載起主要作用,當(dāng)跨度越來越大時(shí),均布荷載的作用越來越大,直至最后主要由均布荷載起作用。六個(gè)國家發(fā)展貯備系數(shù)的均值為1.488。它代表世界各個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)活載發(fā)展貯備的平均水平。其中蘇聯(lián)的發(fā)展貯備系數(shù)最大,為1.834,日本的最小,為1.274。2綜合效應(yīng)的檢驗(yàn)一個(gè)國家在經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中往往會(huì)遇到一些大型機(jī)械設(shè)備的運(yùn)輸。這些大型機(jī)械設(shè)備一般重達(dá)數(shù)百噸,而在用鐵路運(yùn)送這些大型機(jī)械設(shè)備時(shí),橋梁往往成為主要制約因素。本文統(tǒng)計(jì)了美國、蘇聯(lián)、德國、日本、法國五個(gè)國家最不利大件運(yùn)輸列車載荷,并計(jì)算了這幾個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)活載與最不利大件運(yùn)輸列車通過不同跨度橋梁和不同影響線位置時(shí)換算均布荷載的比值,計(jì)算結(jié)果見表5。在計(jì)算幾個(gè)國家的標(biāo)準(zhǔn)活載與最不利大件運(yùn)輸列車載荷的比值時(shí),只考慮了靜活載,沒有考慮沖擊系數(shù)的影響。實(shí)際上,各國對(duì)大件運(yùn)輸列車的運(yùn)行速度都作了限制,一般不超過40km·h-1。由于大件運(yùn)輸列車的速度較小,其沖擊系數(shù)也必然很小,大件運(yùn)輸可從沖擊系數(shù)的差別中得到補(bǔ)償。德國在制訂荷載圖式的沖擊系數(shù)時(shí),給出了在速度40km·h-1下的沖擊系數(shù)值見表6?？紤]沖擊系數(shù)的綜合效應(yīng)后,可得出如下結(jié)論:僅從靜活載引起的跨中彎矩看,蘇聯(lián)和西德的活載標(biāo)準(zhǔn)滿足了大件運(yùn)輸?shù)男枰?考慮限速后的沖擊系數(shù)補(bǔ)償,美國、日本、英國、法國也能安全正常地運(yùn)營大件運(yùn)輸列車。3列車活載與列車荷載圖式的關(guān)系在以上分析研究基礎(chǔ)上,結(jié)合當(dāng)前我國現(xiàn)有運(yùn)營情況,歸納出我國列車標(biāo)準(zhǔn)活載修訂的五條原則。(1)我國現(xiàn)行鐵路橋梁中-活載的發(fā)展貯備較低。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,應(yīng)提高到適當(dāng)水平。建議新的橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活載的發(fā)展貯備提高到與以上幾個(gè)國家的平均水平相當(dāng)或略低一些,即系數(shù)達(dá)到1.30～1.50。(2)考慮到大件運(yùn)輸列車由于速度慢及沖擊系數(shù)帶來的補(bǔ)償,當(dāng)我國最不利大件運(yùn)輸列車速度為40km·h-1時(shí),列車靜標(biāo)準(zhǔn)活載與最不利大件運(yùn)輸列車載荷的換算均布荷載之比最小可達(dá)0.84。如果大件運(yùn)輸列車的速度小于40km·h-1,這個(gè)比值還可小一些。同時(shí)由于大件運(yùn)輸列車可通過科學(xué)的編組減小對(duì)橋梁的作用,在制訂橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)活載時(shí),可對(duì)大件運(yùn)輸給予適當(dāng)考慮。(3)蒸汽機(jī)車在我國已停止使用,鐵路橋梁設(shè)計(jì)列車標(biāo)準(zhǔn)活載可不考慮蒸汽機(jī)車。活載圖式可參考按內(nèi)燃、電力牽引制訂的UIC圖式或者沿襲中-活載圖式的型式,但后面不同數(shù)值的均布荷載取同一值。(4)提高軸重和增加軸數(shù)是發(fā)展重載運(yùn)輸?shù)膬蓚€(gè)方向。美蘇分別是這兩個(gè)發(fā)展方向的主要代表。蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)活載的最大集中荷載軸重與均布荷載的比值為2.5,美國為3.05。UIC集中荷載軸重與均布荷載的比值為3.13,不能說明UIC更強(qiáng)調(diào)通過提高軸重來發(fā)展重載運(yùn)輸,因?yàn)閁IC中間的四個(gè)重軸表示的是在少數(shù)情況下,機(jī)車或貨車可能出現(xiàn)的重軸。針對(duì)我國實(shí)際情況,我國荷載圖式中集中荷載軸重與均布荷載的比值應(yīng)不小于3.0。(5)采用UIC列車荷載圖式的型式或沿用中-活載圖式的型式后,集中荷載表示的是在少數(shù)情況下機(jī)車或貨車可能出現(xiàn)的重軸。由于這些重軸在影響線長度較小時(shí)起控制作用,所以在修訂我國橋梁標(biāo)準(zhǔn)活載時(shí)可取消現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的特種荷載。按照上述原