中俄铁路桥梁设计活载对比分析

摘要：文章以土库曼斯坦法拉普火车站到萨曼杰佩新建铁路工程桥梁设计（采用俄罗斯规范）及施工配合过程为例，结合该项目24m、32m的后张法预应力混凝土简支T梁和跨阿姆-布哈拉运河1～64m钢桁梁结构计算，分析了中俄铁路桥梁设计活载的异同。

关键词：中俄铁路；铁路桥梁；桥梁设计；活载对比；铁路工程 文献标识码：A

中图分类号：U442 文章编号：1009-2374（2016）19-0102-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.049

在社会经济的推动下，国际铁路事业有了较大发展，各跨国铁路都不断涌现，给人们的出行带来了较大便利。在中俄铁路桥梁设计中，由于中俄两国在铁路设计多方面都存在着不同标准，如果按照各自的标准进行操作，将难以保障铁路的设计质量及运作效果，所以设计出能同时适用中俄两国的相应活载等值具有重要作用。因此，技术人员可将中俄相应的设计活载进行对比，并根据实际情况进行调节，适应两国各种铁路情况，从而更好地保障铁路桥梁的正常运作。

1 中俄铁路桥梁设计活载对比分析需求

在建设跨中俄两国的铁路桥梁时，一般会使用单线套轨技术，所以在实际设计过程中，铁路既要满足中-活载需求，又要符合俄罗斯CK活载通行要求。在我国目前的铁路桥梁设计规范中，一般应用容许应力法进行设计，包括《铁路桥梁钢结构设计规范》《铁路桥涵设计基本规范》等。俄罗斯则采用极限状态法进行设计，设计规范包括《公路、铁路、城市道路桥涵设计规范》等。在实际情况中，两国铁路桥梁设计规范在活载标准、设计内容、设计方法等方面都存在较大差异，在这种情况下，只有对中俄两国铁路桥梁设计规范中各项内容进行对比，并根据实际情况进行调整，制定出合理的跨国铁路桥梁设计参数，这样才能确保铁路桥梁设计能同时满足中俄两国的需求，确保铁路正常运作。

2 中俄铁路桥梁活载设计对比分析

2.1 竖向静活载比较

如图1，显示的是中-活载。其前部37.5m象征性的代表机车，后部代表车辆活载。它代表各种机车车辆对桥梁所产生的最大影响，所以加载时可由计算图式中任意截取，并按规定进行加载，或按换算均布活载加载。

俄罗斯铁路设计相关规范中，铁路列车标准竖向活载（CK）采用线路能采纳的最大等代荷载γ计算，这种荷载取为24.5K kN以下的各种集中货物和强度为9.81K kN/m的线路均布荷载，系数K表示所加载荷载的等级，永久性结构K=14，相当于343kN的集中荷载和137.2kN/m

的均布荷载组合。且每米线路上的均布荷载重量，应取α=a/λ=0.5时的γ值，但不得大于19.62K kN/m。俄罗斯铁路桥梁设计规范中没有对活载图示进行规定，但规定了影响线进行加载规则和标准竖向活载CK的换算均布活载表格，给相应活载的计算带来了一定便利。

根据以上表格，当跨度为24m、32m和64m时。俄罗斯CK荷载（K=14）在梁的端部的换算均布活载为196.4kN、180.0kN、149.3kN，在跨中的换算均布活载为171.9kN、157.6kN、137.3kN；而中-活载在梁的端部的换算均布活载为123.7kN、116.2kN、102.4kN，在跨中的换算均布活载为104.0kN、98.4kN、91.1kN。

从表1中可以看出，俄罗斯换算均布活载CK要比中-活载重，跨度小于等于100m的范围内，俄罗斯CK换算均布活载为中-活载作用的1.37～1.66倍。

用空车检算桥梁各部件时，CK空载列车的竖向活载等于13.7kN/m，而中-活载空载列车的竖向活载等于10.0kN/m。

2.2 横桥向作用力比较

曲线桥梁离心力的计算。对俄罗斯CK活载而言，离心力产生的标准水平横向荷载，以强度为Vh的均布荷载表示，按荷载C14设计时，Vh=（180v）/r，但不得大于0.15V（式中：r为曲线半径，m；V为线路列车活载重量，kN/m）；而对中-活载而言，离心力不仅与列车活荷载重量和曲线半径有关，还与设计速度成平方关系。

列车横向摇摆力计算。俄罗斯CK活载产生的标准水平横向撞击力与桥上的线路数量无关，以加载在轨道顶面高度上的均布荷载表示，其值为0.59K kN/m，当K=14时，横向摇摆力为8.26kN/m的作用于轨道面的均布荷载；中-活载的横向摇摆力取100kN的集中力，作用于最不利位置并以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨

顶面。

列车制动力和牵引力的不同之处，中-活载考虑当与离心力或竖向动力作用同时计算时进行折减，并且列车制动力和牵引力作用在轨顶以上2m处，计算桥梁墩台、钢架结构时移至相应位置；而俄罗斯CK活载的列车制动力和牵引力作用为支座中心，且不考虑与其他力作用时的折减。

2.3 动力系数比较

列车竖向活载包括列车竖向动力作用，俄罗斯规范和中国规范都采用净活载所产生的力乘以冲击系数（1+μ）表达竖向动力作用，但是两国规范对冲击系数（1+μ）的结算方式和要求有所不同。

2.3.1 俄罗斯CK活载冲击系数（1+μ）计算

如下：

对于简支钢桥跨和钢墩台，无论有无道碴桥：1+μ=1+18/（30+λ）且不得小于1.15；对于连续梁的钢桥跨铁路桥：1+μ=1+14/（30+λ）且不得小于1.15；对于钢筋混凝土及刚架铁路桥：1+μ=1+10/（20+λ）且不得小于1.15。

在公式中λ值应按以下采用：主桁（简支梁、刚构）的主要杆件以及纵梁和横梁，当其参与主桁受力时，影响线长度等于跨长，当影响线的加载长度大于跨长时，则为加载长度；连续体系的主桁的主要构件，为影响线各加载段长度之和；局部加载计算时，纵梁为其加载长度，横梁为纵梁在连接节间的长度之和；当影响线考虑同时有主要荷载和局部荷载加载时，按每种荷载分别取值；所有类型的桥墩构件，为支承反力影响线的加载长度，按各加载段长度之和计算。

2.3.2 中-活载冲击系数（1+μ）计算如下：

对于简支或连续的钢桥跨和钢墩台：1+μ=1+28/（40+L）；对于钢筋混凝土、混凝土、石砌的桥跨结构及刚架桥，其顶上填土厚度h≥1m时不计冲击力，当h≤1m时：1+μ=1+α6/（30+L），其中α=4（1-h）≤2，式中：L指除承受局部活载杆件为影响线加载长度外，其他为桥梁跨度。

在土库曼斯坦法拉普火车站到萨曼杰佩新建铁路工程桥梁设计中，梁顶到轨底的道碴厚度为0.7m。采用24m、32m后张法预应力混凝土简支T梁和1～64m钢桁梁，其活载冲击系数（1+μ）见表2：

在列车竖向动力作用方面，通过以上2.3.1、2.3.2及实际计算结果分析，俄罗斯规范与中国规范有较大差异，俄罗斯规范中不管是钢桥还是混凝土铁路桥均规定冲击系数（1+μ）不得小于1.15；而中国规范没有这样的要求，且中国规范对混凝土梁考虑了梁顶到轨底之间的道碴厚度影响，对于钢筋混凝土、混凝土、石砌的桥跨结构及刚架桥，其顶上道碴厚度h≥1m时不计冲击力，只有道碴厚度h≤1m时才计冲击力。

在中俄两国相关铁路桥梁设计规范中，在钢梁设计方面，中国须对预留活载发展系数的影响进行分析，而在俄罗斯相关铁路标准活载中，已经对预留活载发展系数的影响进行了分析。从相关资料可知，在前苏联机车以及编组等方面，一般机车延米重比货车延米重小，其中贝-阿铁路应用的T型油罐车延米重主要为94.0kN/m。一般机车轴重大，且货车轴重较小，其中BⅡ型机车轴重较大，为265.7kN。在实际情况中，俄罗斯中相应机车车辆轴重与中国相关方面没有太大差别，因此如果采用俄罗斯相应标准活载CK进行设计，能够预留较大的活载发展系数。

3 结语

在铁路桥梁设计中，中俄两国在设计规范、设计方法、设计内容方面都存在着较大差异，如果直接按照两国自身的设计条例进行操作，将导致中俄铁路桥梁难以正常运作。因此，中俄铁路桥梁设计中，技术人员必须对两国活载设计、设计规范等内容进行明确，并根据铁路建设需求对各项参数进行调整，让设计方案既能满足中国设计规范，又符合俄罗斯相应要求，从而保证铁路的正常运营。

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作者简介：黄俊（1983-），男，广西都安人，中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司工程师，研究方向：桥梁、道路工程。

（责任编辑：小 燕）