按照作用的类型,分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。
铁路工程结构荷载
作用于铁路工程结构或结构部件使其产生应力与变形的因素。
- 英文名称
- load on railway engineering structures
- 所属学科
- 土木工程
在整个设计基准期内连续作用、且其量值随时间的变异可以忽略,或其变异只是在相同的方向直到作用达到一定限值的荷载。铁路工程结构永久荷载包括结构自重、土压力、混凝土收缩和徐变的影响、预加力、静水压力、可能有的浮力。此外路基结构尚需考虑结构顶面上的恒载、轨道荷载和滑坡推力。隧道结构还包括有结构附加恒载、围岩压力、基础变位影响力和地面永久建筑物影响力。桥梁结构还包括线路设备及人行道、基础不均匀沉降的影响等。
量值随时间的变异不可忽略的荷载或单向变异的荷载。按照其作用的影响程度分为基本可变作用和其他可变作用。①基本可变作用,短期施加随即离去、且多次出现的主要荷载。列车荷载是铁路工程结构的基本可变作用。此外轨道、隧道和桥梁对基本可变作用各有所偏重。轨道结构包括长钢轨伸缩力和挠曲力、列车离心力、列车横向摇摆力、混凝土结构整体温度作用与温度梯度作用、梁体挠曲变形、列车制动或牵引力和施工荷载。隧道结构包括通过隧道的列车荷载及制动力、与隧道立交的铁路列车荷载或公路车辆荷载及其产生的冲击力和土压力、温度变化的影响、冻胀力、施工灌浆压力、气动力、与各类结构施工有关的临时荷载、岩土侵蚀作用。桥梁结构包括列车竖向动力作用、离心力、横向摇摆力、列车活载对桥台产生的土压力、人行道人行荷载和气动力等。②其他可变作用,出现次数较多,但不作为结构的主要荷载及影响的作用。在路基结构中,指人行道荷载、除常水位和洪水位之外的设计水位的静水压力和浮力、水位退落时的渗透力、波浪压力和风压力、冻胀力、冰压力和膨胀力。在桥梁结构中,指列车制动力或牵引力、风荷载、支座摩阻力、流水压力、冰压力、温度作用、冻胀力、长钢轨伸缩力、挠曲力和施工荷载等。轨道和隧道不再考虑其他可变作用。
包括普通荷载和特种荷载两部分。是铁路工程结构设计与检算其承载能力的依据。普通荷载概括了整列火车对工程结构所施加的外力影响的最大综合,而对轴重较大的机车重量对工程结构所施加的局部影响,则以其特种荷载来考虑。至于临时荷载如施工架桥机及维修、救援等特种车辆的影响并未包括在内,应按具体情况专门检算。随着铁路建设的发展,铁路列车牵引动力逐渐由蒸汽向电力、内燃以及分散式驱动过渡。为适应客运快速、货运重载的特点,2005年铁道部制定了中-活载(2005)图式。2016年12月国家铁路局发布中华人民共和国铁道行业标准《铁路列车荷载图式》(TB 3466—2016),新的铁路列车荷载采用4个集中力代表机车轴重、轴距1.6米、前后为均布荷载的图式。轴重和均布荷载按照列车运营功能分为高速铁路(ZK图式)、城际铁路(ZC图式)、客货共线铁路(ZKH图式)和重载铁路(ZH图式)4种标准分别取值(图1)。对有长大货物列车通行需求的线路,采用长大货物车检算图式(图2)进行检算。
指列车的机车、车辆在对下部结构所产生的动力效应中,将增加如桥梁结构的挠度或应力,其相对荷载静止时的挠度或应力之比称为动力系数。与列车运营条件、桥梁类型及跨度有关,计算公式采用不同型号机车、不同车速动力试验数据按最不利工况的外包络回归曲线得到。最新研究成果把动力系数分为两部分:一为适用于连续完好的线路部分
;二为受线路不均匀性影响部分
。动力系数则为二者之和。在计算公式中,除桥梁跨度因素外,也将车辆运行速度和桥梁基频用显式表示。
铁路列车在曲线上运营时,结构设计应考虑列车车辆的离心力作用,离心力大小等于竖向静活载乘以离心率(又称离心系数):
,式中
为设计行车速度(千米/时);
为曲线半径(米)。离心力的着力点定为轨顶以上2米处。
铁路列车的横向摇摆力,中国现行规范规定按100千牛,作为一个集中荷载取最不利位置,以水平方向垂直于线路中线作用于钢轨顶面。
设计人行道时,竖向静活载采用4千牛/米2(普通铁路)或5千牛/米2(高速铁路)。
又称列车风压力,指高速列车运行时带动周围空气随之运动形成的“列车风”在邻近列车的声屏障等建筑物上产生的波动压力,与列车形状及运行的速度、声屏障距线路中心的距离及声屏障高度等因素有关。主要用于声屏障的结构设计,其最不利的气动力为吸力。
在结构所预定的设计工作年限内不一定出现,但量值很大且总是短暂作用的荷载。路基结构中的偶然荷载包括洪水位时静水压力和浮力、泥石流和落石等冲击力。轨道结构中的偶然荷载包括长钢轨断轨力、基础不均匀沉降。隧道中的偶然荷载包括落石冲击力、人防荷载、沉船或抛锚或疏浚撞击力。铁路桥梁中的偶然荷载包括列车脱轨荷载、船舶或排筏撞击力、汽车撞击力和长钢轨断轨力等。