基于英标BS5400的铁路框架桥设计

史莉莉

摘要：以斯里兰卡MATARA-BELIATTA铁路扩建工程框架桥为案例，以英标BS5400为设计标准，采用Midas板单元进行荷载模拟，受力分析，主要从框架桥构件抗弯、抗剪、裂缝进行计算，得出满足英标BS5400规范要求的框架桥结构尺寸及结构配筋。为类似工程总结设计经验。

Abstract： Taking the example of the frame bridge of the expansion project of the MATARA-BELIATTA railway in Sri Lanka as an example， the different points of the frame structure calculation load under the Sino-British specification are analyzed. The British standard BS5400 is used as the inspection standard， and the Midas plate unit is used for load simulation and force analysis. The structural dimensions and structural reinforcement that meet the requirements of the BS5400 standard are obtained by calculating the bending， shear and crack resistance of frame bridge members， which summarize design experience for similar projects.

关键词：斯里兰卡;框架桥;BS5400;验算

Key words： Sri Lanka;frame bridge;BS5400;check calculation

中图分类号：[U24]                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）13-0131-03

1  概述

随着国家“走出去”及“一带一路”战略的实施，越来越多的中国企业开始走出国门在境外承揽大型工程的勘察、设计及施工。面对完全陌生的环境，最初总会存在语言、设计理念、施工规范等方方面面的差异。这时对国外规范的理解、应用就显得尤为重要。本文结合斯里兰卡MATARA-BELIATTA铁路扩建工程，依据BS5400规范对该铁路框架桥进行设计。本研究对国内工程技术人员更好的学习、使用英标具有很好的参考价值。

本项目为单线120km/h铁路线，框架桥采用尺寸如图1所示，边墙及顶板厚0.7m，底板厚0.8m。框架顶填土高4.5m，其中道碴厚0.7m，如图2所示。

2  荷载

2.1 总体受力图式

英国桥梁规范BS5400将荷载分为永久荷载与短期荷载。

永久荷载：恒载（结构本身重量引起），与附加恒载（非结构部件，但对结构产生影响的全部材料引起）。结构本身材料性质等引起的荷载应作为永久荷载（例如收缩、徐变等）。沉降引起的荷载也被归为永久荷载。

短期荷载：永久荷载以外的荷载。

对框架结构起作用的荷载有：结构自重，线路设备、道碴与填土引起的荷载，填土压力，活载及活载引发各种效应，框架内流水压力或汽车荷载等。

结构总的受力图3所示。

2.2 活载

活载：列车活载，动力效应，制动力或牵引力，离心力，横向摇摆力等。

2.2.1 活载加载模式

①根据UIC776中2.4.2.4条款，涵洞或结构顶面有填土的承重结构的冲击系数？准u按下面式子计算：

则本设计中，？准u取值如表1所示。

②活载加载工况1及此工况下活载产生的水平土压力。

当活载到达结构时，会在结构与活载接触到的一侧产生土侧压力。其图式如图4所示。

假定此工况下，在框架顶、底部产生的水平土压力分别为e3、e4。

③活载加载工况2及此工况下活载产生的水平土压力当活载经过结构时，会在结构两侧同时产生土侧压力。其图式如图5所示。

假定此工况下，活载在框架两侧顶板处产生的水平土压力为e3、e5，活载在框架两侧底部处产生的水平土压力为e4、e6。

2.2.2 制动力或加速力加载模式

作用在框架结构上的制动力與车辆行驶方向一致，加速力则与行车方向相反，加载模式如下：

加载时，加速与制动力应予以考虑，参照BS5400中8.2.10规定及《纵向力限值表》，加载到结构上的牵引力或制动力为两者的较大值。

2.3 其他荷载

其他荷载还有：温度应力，混凝土收缩徐变引起的应力，还有地震力等。

①温度荷载加载模式。

温度荷载包括：框架内外温差引起的荷载、框架环境温度变化引起的荷载等。内外温差引起的荷载取值为：ΔT=±5K，环境变化引起的荷载对框架的影响较小，故不计入此项荷载。

②混凝土收缩取ΔT=-10K。

水压力：在框架边板外的路基中设置排水系统，则墙后水压力不予考虑。涵内流水压力对框架底板有利，故不计此项。

③地震力：地震烈度在五度以下，不考虑地震的影响。

④框架内流水或汽车荷载：

此项荷载对框架受力有利，保守考虑，不计入此项荷载。

3  计算

3.1 模型及加载

结构分析采用土木工程专用计算软件 Midas/Civil.2010。模型示意如图7所示。

根据框架涵分节的实际情况，模型长度取5m，共分1600个单元，采用上述荷载计算结果加载。模型底部采用土弹簧模拟地基，地基系数取1.5×104kN/m3。

3.2 配筋及截面验算

沿铁路线垂直方向选取单位长度（单位：米）结构进行配筋设计，系数γf3=1.1，内力结果取组合1与组合3中较大者。另外，本设计在配筋计算时，均采用Grade460钢筋。

3.2.1 配筋设计及抗弯验算

依据BS5400-4第5.3、5.4条款，选取最不利状态进行抗弯验算。

根据内力包络图，选取代表截面验算，结果见表2。

3.2.2 抗剪验算

根据BS8110-1：1997第3.5.5条款，选取最不利状态进行抗剪验算。

抗剪验算及箍筋配筋设计见表3。

3.2.3 裂缝验算

根据BS5400-4第4.1.2.2条：钢筋混凝土结构的裂缝宽度限值为0.25mm。

根据BS5400-4第5.8.8.2条：

在SLS设计荷载作用下，裂缝验算最大值为0.23mm，满足规范要求。

3.2.4 配筋布置

综合上述几项验算结果，各个部位截面需满足表4中的配筋要求，截面配筋如图7。

根据框架结构的受力特点，顶板（底板），跨中位置下缘（上缘）受拉，两侧位置上缘（下缘）受拉，故配置钢筋时，在跨中位置钢筋布置在下缘（上缘），两侧布置在上缘（下缘）。

同时在钢筋布置时，可以将顶板（底板）跨中下缘（上缘）的部分钢筋逐渐弯起，到达两侧位置时，布置在上缘（下缘）。

同时，根据经验，当框架结构中心线面向大里程侧法线与线路夹角大于20°时，在框架顶板钝角处需按照构造配置一定的钝角加强钢筋。

4  结论

结合斯里兰卡MATARA-BELIATTA铁路扩建工程1-7m框架桥，通过本次设计，研究了中英规范的不同点，并根据BS5400要求的荷载和荷载组合对该桥的结构性能进行了验算，满足规范要求。本研究对国内工程技术人员更好的学习、使用英标具有很好的参考价值。

参考文献：

[1]BS 5400—1：1998，Steel，concrete and composite bridges，Part 1：General statement[S].

[2]BS 5400—2：2006，Steel，concrete and composite bridges，Part 2.

[3]BS 8002：1994，Code of practice for earth retaining structures.

[4]BS5400，Steel，Concrete and Composite Bridges Part 2：Specification for loads[J].British.

[5]余順心.欧洲规范与英国公路设计[J].中外公路，2010（6）：123-126.