铁路路基挡土墙结构由容许应力法转换为极限状态法的试设计比较分析

通过运用容许应力法与极限状态法2种不同设计方法,对铁路路基实际工点中的重力式挡土墙进行试设计,并对设计计算结果进行比较、分析,提出2种设计方法的优缺点以及容许应力法向极限状态法转变的可行性与必要性。最后,分析了设计计算过程中存在的问题,并对《铁路路基极限状态法设计暂行规范》(Q/CR 9127—2015)中重力式挡土墙部分分项系数的修改完善提出相关建议。     

地震工况下铁路路基边坡极限状态法设计研究

当前铁路路基设计理论正处于容许应力法向极限状态法转轨中,《铁路路基极限状态法设计暂行规范》(Q/CR9127—2015)针对路基边坡稳定性,仅提出了持久设计工况下的边坡稳定性的极限状态设计表达式及其分项系数,而对地震设计工况下规范没有给出相应的内容。在考虑地震力的条件下,提出地震设计工况下路基边坡稳定性分析公式,引入地震作用效应及其分项系数,通过对地震设计工况下路基边坡极限状态法与容许应力法对比分析,得出地震工况下路堤和路堑边坡各自的极限状态法分项系数优化幅度,为相应规范的修编提供参考。     

采用极限状态法和容许应力法进行铁路路堤边坡稳定性分析的对比

针对铁路路基设计理论从容许应力法向极限状态法转轨的需求,依托银西(银川—西安)高速铁路,分别采用容许应力法和极限状态法,以Q/CR 9127—2015《铁路路基极限状态法设计暂行规范》中给定的计算表达式和分项系数为基础,对持久状况下多种路堤边坡高度和坡率进行路堤边坡稳定性计算,通过对比分析容许应力法和极限状态法的计算结果,验证出边坡稳定性极限状态法计算结果是可靠的。同时对极限状态法的分项系数进行研究和优化,提出了在满足安全要求的前提下,为使结构设计更加经济,Q/CR 9127—2015中边坡稳定性计算表达式中的分顶系数可提高0.348%。     

铁路路基浅埋式桩板结构极限状态法荷载组合与配筋设计研究

我国铁路工程设计正从容许应力法向极限状态法转轨,2019年实施的《铁路路基设计规范(极限状态法)》缺少桩板结构极限状态法设计的荷载组合和配筋相关规定。桩板结构作为应用广泛的地基处理方式,有必要研究其极限状态法设计方法,为铁路路基设计全面转轨提供基础。通过系统研究浅埋式桩板结构极限状态法与容许应力法的荷载组合与配筋设计理论,采用有限元方法对瑞九铁路典型浅埋式桩板结构的荷载组合与配筋进行计算分析对比,主要结论为：(1)浅埋式桩板结构采用铁路桥涵极限状态法与铁路桥涵容许应力法荷载组合存在较好对应关系,设计方法转轨衔接流畅;(2)铁路桥涵极限状态法计算正截面承载力控制的板配筋量比铁路桥涵容许应力法计算配筋量多出约23%,安全余度存在较大差别;(3)浅埋式桩板结构采用建筑极限状态法设计存在组合值系数不明确、板抗剪安全余度低和裂缝控制配筋量低的问题,可靠度存疑,不建议采用。     

铁路路堑边坡设计极限状态法和容许应力法的对比

铁路路堑边坡设计方法正由容许应力法向极限状态法转换,本文依据Q/CR 9127—2018《铁路路基设计规范(极限状态法)》对银西(银川—西安)高速铁路路堑边坡用极限状态法进行试设计分析,并将结果与传统的容许应力法设计结果进行比较,验证极限状态法设计理论的正确性及分项系数取值的合理性,并提出铁路路堑边坡分项系数的优化意见,为规范的修编提供参考。极限状态法设计需要大量样本数据,本文研究结论尚需进一步验证和修正。     

极限状态法与容许应力法铁路大跨连续梁设计对比分析

铁路桥涵设计规范的基本理论正在从容许应力法向极限状态法转轨,通过对主跨100 m连续梁采用极限状态法和容许应力法进行正截面抗弯强度、正截面抗裂性和斜截面抗裂性等结构控制因素的对比分析,校核铁路桥涵极限状态法设计规范的适用性,并对铁路桥涵极限状态法设计规范的部分内容提出修改建议。对比结果表明:两种方法的安全储备基本接近,采用容许应力法进行设计更为保守。研究结果对铁路规范的转轨工作具有一定的参考作用。     

中英铁路路堑边坡设计方法对比研究

为研究中英铁路路堑边坡设计方法的异同,总结英标Morgenstern-Price法、国标容许应力法和极限状态法等3种计算方法,并以马来西亚东海岸铁路项目为例,对同一工点的路堑边坡按上述3种方法进行设计和对比分析。研究结果表明:采用英标Morgenstern-Price法和国标容许应力法设计的路堑边坡坡率一致,而采用极限状态法设计的边坡坡率比前两者坡率更平缓;极限状态法设计方案比英标Morgenstern-Price法和容许应力法设计方案每公里投资增加比例约9.5%,安全系数偏高,建议进一步对极限状态法计算路堑边坡稳定性的各分项系数进行优化。本文研究成果对促进中国高铁"走出去"具有重要意义,也可为其他海外类似工程的设计计算提供参考。     

基于极限状态法的高铁桥上双块式无砟轨道配筋设计研究

为使我国铁路设计技术更好地与国际设计方法接轨,针对高速铁路桥上双块式无砟轨道结构,依据Q/CR9130-2018《铁路轨道设计规范(极限状态法)》,结合有限元和数值计算的方法,运用极限状态法对道床板和底座进行配筋设计研究。结果表明:极限状态法中正常使用极限状态计算弯矩结果与容许应力法基本一致,承载能力极限状态计算结果较大;道床板和底座极限状态法的配筋数量略低于容许应力法。     

容许应力法与极限状态法铁路桥墩设计对比分析

校验《铁路桥涵极限状态法设计暂行规范》(Q/CR 9300—2014)的适用性,以现行的铁路工程建设通用参考图《时速350 km客运专线铁路圆端形实体桥墩》(通桥(2009)4301—Ⅰ)为例,对墩身截面偏心、强度及稳定性等控制因素进行容许应力法与极限状态法对比分析。对比结果表明两种检算方法的安全储备是一致的,极限状态法规范所拟订的荷载分项系数也是合理、适用的。     

关于铁路路基地基承载力的讨论

现行不同铁路规范对于路基地基承载力的要求各不相同,设计人员对规范有不同的理解,有时会造成设计偏于保守,对铁路路基地基承载力设计方法进行探讨。地基容许承载力和地基承载力的特征值是地基基本处于弹性变形的界限,与基础是刚性还是柔性无关。对于有砟轨道,可允许土体局部进入塑性破坏区,可以在规范的基础上将承载力要求适当放宽。根据既有资料,提出用于极限状态设计的承载力分项系数,可为铁路地基处理极限状态设计方法提供参考。     

极限状态法和容许应力法对高架车站轨道梁设计的影响分析

按目前规范的要求,轨道交通高架车站结构需要采用极限状态法和容许应力法两种不同的方法进行计算。设计人员对这两种方法的本质及计算结果的差异往往缺乏足够的认识。为厘清两种方法对设计结果的影响,以钢筋混凝土轨道梁为研究对象,对两种计算方法的计算结果进行比较分析。另外,对规范给出的基本公式进行推导,以期得到适用性更广泛的结论。结果表明,容许应力法的计算结果更为保守。计算结果的差异与配筋率和材料强度有关,当配筋率较大时,计算结果差异随配筋率增大而增大;当钢筋强度不变时,计算结果差异随混凝土强度的增大而减小。研究成果有利于简化高架车站轨道梁等受弯构件的设计,同时也为将来铁路规范的修订提供参考。     

铁路桥梁正常使用极限状态可靠度校准研究

分别以现行容许应力法规范、试行极限状态法规范和欧洲规范为依据,对某铁路工程预制后张法简支T梁的正截面抗裂性和桥梁刚度进行验算,从而对3种规范在正常使用极限状态下的可靠度进行比较,得出3种情况下的安全储备大小顺序:欧洲规范现行容许应力法规范试行极限状态法规范,并对试行极限状态法规范提出建议。     

基于逆可靠度的单轨梁容许应力计算方法

单轨梁是一种兼具承重和导向功能的新型轨道结构,其目标可靠度与应用于常规铁路不同,沿袭铁路规范的安全系数进行设计存在不合理之处。为此,提出一种基于抛物线拟合原理的逆可靠度计算方法,并基于该方法进行了单轨梁设计安全系数的校核。首先,对现行铁路规范中的设计目标可靠度进行了校核,随后基于极限状态铁路规范校核了跨座式单轨梁的设计目标可靠度,并结合基于抛物线拟合原理的逆可靠度求解方法,反解了一级安全水平对应的单轨规范荷载组合I对应的容许应力提高系数为1.05。同时,随着活载效应占比的减少,容许应力提高系数的增幅不超过0.01。最后,比较了不同设计参数均值、标准差的变化对单轨梁可靠度的影响,其中抗力均值、抗力和汽车荷载的变异系数对可靠度的控制能力较强,证明这两者是控制单轨梁设计的主要参数。