客货共线铁路列车荷载图式探讨

2021-02-25罗锦章

铁道建筑 2021年1期

罗锦章

（中国铁路郑州局集团有限公司工电检测所，郑州 450052）

为适应我国铁路运输特征的变化，2016年国家铁路局发布了TB/T 3466—2016《铁路列车荷载图式》[1]，明确了不同线路类型采用的列车荷载图式。2017年国家铁路局批准发布的TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》[2]明确要求铁路桥涵设计采用的荷载标准应符合TB/T 3466—2016的规定。在使用规范的过程中，发现TB/T 3466—2016中客货共线荷载比中-活载在中、大跨度桥梁上的荷载效应有一定的提升，对小跨度桥涵或桥梁中的局部杆（构）件的荷载效应并没有明显的改善。因此，本文对客货共线荷载、中-活载与普速铁路线路运营荷载在桥梁结构不同影响线加载长度上的荷载效应进行对比分析，提出荷载图示的修改建议。

1 中-活载与典型货车荷载对比

中-活载标准图式是在蒸汽机车牵引背景下并考虑一定发展储备制定的[3]。在过去的几十年里，中-活载图式发挥了积极的作用，满足了铁路发展的需要。近年来，我国铁路运输特征发生了巨大变化，普速铁路线路牵引机车的轴重普遍为25 t，货车以C70为主，轴重达到了23.45 t。为了将普速铁路线路运营货车荷载与中-活载对桥梁结构的荷载效应进行对比，构造典型货车荷载列为1辆HXD3（轴重25 t）+14辆C70，全长212.1 m，计算其在不同加载长度以及最大纵坐标分别在端部、1/8处、1/4处、3/8处、1/2处影响线的换算均布荷载[4]，并与中-活载相应均布荷载进行对比，见图1。

图1 典型货车荷载与中-活载对比

由图1可知：①影响线加载长度为1～8 m时，典型货车荷载与中-活载的荷载效应比为0.72～1.00，中-活载与典型货车荷载相比，荷载储备偏小，特别是在加载长度小于3 m时比值为1.00，即运营荷载与设计荷载一致，没有任何储备，这是小桥涵及桥梁局部杆（构）件病害较多的原因[5]。②影响线加载长度为9～120 m时荷载效应比小于0.80，表明荷载有较大储备；③影响线加载长度大于120 m时荷载效应比为0.80～0.85，荷载储备比前者有所减小；④整个图形向下凸出，比值为0.70～1.00，且离散性较大，表明中-活载荷载储备不均衡，有必要对中-活载图式进行修改。

2 客货共线荷载与典型货车荷载对比

按照上述方法对典型货车荷载与客货共线荷载进行对比分析，计算结果见图2。

图2 典型货车荷载与客货共线荷载对比

由图2可知：①影响线加载长度大于5 m时，典型货车荷载与客货共线荷载的荷载效应比为0.65～0.75，且基本呈水平分布，这表明客货共线荷载比典型货车荷载具有较大储备，在不同影响线加载长度的结构上荷载储备均衡，为开行大轴重货车预留了条件。②影响线加载长度小于5 m时，荷载效应比接近或等于1.00，荷载储备明显不足，表明小跨度桥涵及局部杆（构）件的荷载效应与中-活载相比并没有明显改善，使得按此荷载设计的不同跨度桥梁在后期运营过程中活载发展富裕度不一致。

3 客货共线荷载修改建议

采用相同方法将客货共线荷载与中-活载进行荷载效应对比计算，发现客货共线荷载效应比中-活载提高了约6%。其中，影响线加载长度在7 m左右的小桥涵或局部受力杆（构）件提高幅度较大，为14%，结构整体荷载储备增大，但影响线加载长度小于5 m的小桥涵或局部受力杆件荷载储备明显不足。

小桥涵及桥梁中的局部受力杆件其影响线加载长度一般小于10 m，荷载效应仅受荷载图式中特种荷载的影响。为此，给出2种建议荷载进行对比计算，即将客货共线荷载中特种荷载图式的集中荷载调整为280 kN[6]，并保持集中荷载间距1.4 m不变作为建议荷载1，调整集中荷载间距为1.6 m作为建议荷载2。

图3 典型货车荷载与建议客货共线荷载对比

将2种建议特种荷载图式与客货共线普通荷载图式进行组合，再与普速线路典型货车荷载对比，计算结果见图3。可知：①影响线加载长度小于5 m时，典型货车荷载与2种建议客货共线荷载的比值均小于0.90，表明建议荷载的荷载效应明显提高；②影响线加载长度为4～12 m时，建议客货共线荷载1的曲线向下凸出，数据点离散、比值偏离平均值，表明该区段荷载储备偏大。建议客货共线荷载2的曲线平坦、数据集中，比值更接近平均值，表明建议客货共线荷载2比建议客货共线荷载1更合理。

因此，将建议荷载2与客货共线荷载图式中的普通荷载组合为建议客货共线荷载图式，见图4。

图4 建议客货共线荷载图式（单位：m）

将建议客货共线荷载与客货共线荷载进行对比，计算结果见图5。可知：①影响线加载长度大于10 m时，建议客货共线荷载与客货共线荷载的荷载效应基本一致；②影响线加载长度小于10 m时，建议客货共线荷载比客货共线荷载的荷载效应平均提高了4%，影响线加载长度小于3 m时平均提高了7%。

图5 建议客货共线荷载与客货共线荷载对比

综上，建议客货共线荷载改善了客货共线荷载在影响线加载长度较小时荷载储备不足的问题。影响线加载长度较小主要控制小跨度桥涵、大桥的局部结构或杆件（如钢梁的吊杆、纵横梁等）的计算强度，而在一条铁路线路上小桥涵所占投资比例较小，因荷载变化而增加的建设投资成本可以忽略不计。

4 荷载图式修改建议

TB/T 3466—2016中规定了4种铁路荷载图式，4种图式中普通荷载图式的荷载类型、布置、间距相同，特种荷载图示的荷载类型、布置一致，区别仅在于集中荷载的间距。按照本文的分析方法，将高速铁路、城际铁路、客货共线、重载铁路荷载统一为一个荷载图式，暂命名为新“中”荷载，见图6。图中，z1，z2，z3为系数。令Z=（z1，z2，z3）。当Z=（1.00，1.00，1.00）时为客货共线铁路荷载；Z=（0.75，0.80，0.90）时为高速铁路荷载；Z=（0.56，0.60，0.68）时为城际铁路荷载；Z大于1时为重载铁路荷载。