特载32 m下承栓焊钢板梁设计与应用

时间：2024-07-28

朱秀玲

(中冶京诚工程技术有限公司，北京 100053)

1 建设条件概述

为响应国家节能降耗，加强环保的政策，我国钢铁企业掀起了一股技术改造浪潮。技术改造一般在老厂区内部进行，场地受限，但产能提高后运输更加繁忙，因此，铁路专用线立交工程增多。同时由于厂区铁路荷载大、线路条件差，特载32 m下承栓焊钢板梁在钢铁企业铁水线上有着较为广泛的应用。下面以某钢铁企业铁路专用线立交桥设计为例，论述特载(单轴420 kN)32 m下承栓焊钢板梁的设计及其在钢铁企业铁水线上的应用。

某钢铁企业4#高炉易地改造工程新增二线铁水运输线，建设单位要求单跨跨越2#公路及旱河，公路宽约15 m，河宽约12 m。桥梁位于半径230 m的平曲线上。轨底与公路路面高差仅5.735 m。根据建设条件，确定该桥上部结构采用下承栓焊钢板梁，下部结构采用桩基础，T形桥台。

2 主要技术指标

1)线路等级:专用铁路。

2)线路条件:平曲线半径为230 m;纵坡为17‰。

3)桥梁限界:桥限—Ⅰ。

4)设计活载:特种活载，其图式见图1。

图1 特重活载车轴分布(单位:m)

5)竖向刚度:计算跨度×1/900。

6)计算跨度:32 m。

3 上部结构选型

本桥梁活荷载单轴重达420 kN，轴距最小0.9 m，最大1.2 m。这种特载比铁路中—活载大得多，显然不能按常规设计选用标准图，需进行专门设计。制约条件归纳见图2。

图2 上部结构选型流程

4 上部结构分析

钢梁主要构件由两侧的工字形主梁、连接在主梁上的横梁及连接在横梁上的纵梁组成，梁高分别为4 578 mm、1 280 mm和 632 mm，列车从主梁中间通过。钢梁材质为Q345qE，横截面如图3所示。

1)计算理论

钢板梁主梁、横梁及纵梁均为钢构件，采用平面杆系有限元法进行分析计算。

2)主要设计参数

钢构件重度为78.5 kN/m3，考虑恒载增大系数为1.035(焊缝及高强螺栓)，而实际设计取值为81.25 kN/m3。

桥面二期恒载:线路设备重为24.6 kN/m。

设计荷载:特重活载(见图1)。

图3 钢板梁横截面图(单位:mm)

动力系数:由于本桥为专用线桥梁，最高行车速度仅为15 km/h，故不计冲击力。

3)荷载组合

根据铁路规范，分别按主力及主力+附加力两种荷载组合进行结构验算。

主力组合:结构重力+特载+离心力+横向摇摆力。

附加力组合:结构重力+特载 +离心力 +制动力+温度影响力。

计算模型:按照主梁简支于支座上，横梁简支于主梁上及纵梁简支于横梁上，分别分析各主要构件受力情况。

4)主要验算结果

主梁由Q345qE钢板焊制成工字形断面钢梁，跨中为双层盖板。主梁主力组合下的应力与挠度等主要指标，见表1。由表1可见，主梁主要控制指标均符合规范要求。主梁主要控制指标为应力幅，其它各项指标均富余较大，这是特重荷载钢梁的一个显著特点。

表1 主梁主力组合下的力学指标

5 上部结构检测

32 m下承简支栓焊钢板梁，承受特重荷载，所处线路条件很差。鉴于在同类型桥梁中没有应用先例，决定桥梁建成后做荷载试验，检测结构的可靠性，确保运营安全。由于加载条件有限，试验列车荷载较设计委托的荷载标准有所降低，见图4。因此，荷载试验前通过理论计算求出换算系数，最终推算出实际开行列车荷载下的结构受力状况。

图4 试验荷载图示(单位:m)

荷载试验在建设单位的大力配合下，严格按照《铁路桥梁检定规范》(铁道部铁运函［2004］20号，以下简称《桥检规》)顺利完成。

1)主梁应力测试结果

在5 km/h准静载作用下主梁跨中弯曲应力实测结果见表2。

表2 主梁跨中弯曲应力实测结果

2)跨中挠度测试结果

两片主梁在试验荷载作用下，跨中实测最大挠度值见表3。

表3 左右片主梁实测最大挠度值

3)自振频率测试结果

本次试验钢梁的横竖向自振频率采用余振法进行分析，测试结果见表4。

表4 试验钢梁横竖向自振频率 Hz

4)振动测试结果