40t轴重专用铁路列车荷载图式的制定研究

针对40 t轴重专用铁路制定设计列车荷载图式,研究首先从列车荷载图式和安全储备系数的角度,对重载专用铁路与一般线路的差别进行探讨分析,提出重载专用铁路列车荷载图式的型式以及合理安全储备系数;以现有40 t轴重矿石车为原型,按荷载效应等效的原则将其概化为图式的型式,根据安全储备系数取值建议,将概化图式轴重参数提高10%,形成40 t轴重矿石车列车荷载图式。该图式对于列车的储备在不同跨度范围内较为均衡。同时通过比较荷载效应,掌握图式与国内外现行重载铁路列车荷载图式的差异。     

40t轴重专用铁路列车荷载图式的制定研究

针对40吨轴重专用铁路制定设计列车荷载图式,研究首先从列车荷载图式和安全储备系数的角度,对重载专用铁路与一般线路的差别进行了探讨分析,提出了重载专用铁路列车荷载图式的型式以及合理安全储备系数;以现有40t轴重矿石车为原型,按荷载效应等效的原则将其概化为图式的型式,根据安全储备系数取值建议,将概化图式轴重参数提高10%,形成40t轴重矿石车列车荷载图式。该图式对于列车的储备在不同跨度范围内较为均衡。同时通过比较荷载效应,掌握图式与国内外现行重载铁路列车荷载图式的差异。     

蒙西至华中地区铁路煤运通道设计活载选用初探

简要介绍我国重载铁路机车及货车的基本概况、国外重载铁路的轴重标准以及蒙西至华中地区铁路煤运通道的主要运输特点,分析了不同运输方式活载图式的选择不仅取决于本线运营列车活载及其预留发展储备,尚需考虑相关既有线的实际情况的选用原则。通过对周边既有线桥涵的调研,研究了既有线桥涵对不同轴重的适应性,最后通过对不同活载图示、荷载效应及配套规范的使用情况分析,得出了蒙西至华中地区铁路煤运通道宜优先采用ZH活载(Z=1.0)设计,或按UIC71活载(α=1.0)设计,并按中-活载(2005)长大重车检算图式进行相关检算的结论。     

山西中南部重载铁路桥梁设计活载标准研究

研究目的:铁路列车活载标准是铁路桥梁设计的核心参数,其活载图式的拟定需综合考虑移动装备现状与发展、运输模式、运营速度及加载方式等因素。本文以山西中南部铁路通道为工程背景,针对国内既有的轴重30 t重载货车,共拟定6种不同运营活载图式,根据该重载铁路桥梁的设计活载中-活载(2005)(Z=1.2),计算设计活载相对6种不同的运营荷载的发展储备系数,明确该重载铁路桥梁设计活载标准的发展储备水平,即对于小跨度和大跨度桥梁,设计活载发展储备系数较小,中等跨度桥梁设计活载发展储备系数较大。研究结论:(1)通过对设计活载发展储备系数计算分析,山西中南部铁路通道桥梁设计活载采用中-活载(2005)(Z=1.2)能够满足开行既有30 t轴重货车的要求;(2)该活载标准对于1~12 m桥涵,设计活载的发展储备系数偏低,设计活载储备系数在1.0~1.2之间;对于加载长度12~200 m桥涵,设计活载的发展储备系数均在1.2以上;(3)中-活载(2005)的荷载图式中特种荷载值偏低致使小跨度桥涵荷载储备偏低,因此该活载图式特种荷载值需要提高;(4)该研究成果可直接用于后续的重载铁路桥梁设计。     

重载铁路桥梁设计列车标准活载的研究

充分调查铁路桥梁设计列车标准活载、机车车辆现状。深入研究一些发达国家铁路桥梁设计列车标准活载的发展贮备。针对我国铁路重载运输的发展现状,依据与世界水平相同或相近的发展贮备原则,认为重载运输桥梁设计列车标准活载有必要修订。综合考虑大件运输和冲击系数对活载的影响,归纳出铁路桥梁设计列车标准活载的五条修订原则,并推荐轴重27t和30t两种列车活载标准图式。     

铁路重载运输条件下钢筋混凝土涵洞受力特征试验研究

为掌握铁路既有线钢筋混凝土涵洞实际的受力特征,评估其对重载运输的适应性,理论分析涵洞活载储备量以及货车参数、冲击作用、疲劳荷载对涵洞受力的影响;通过某重载线路的大轴重列车试验,测试大轴重试验列车和运营列车通过时钢筋混凝土涵洞的静、动力响应。结果表明:30t轴重货车对涵洞的作用效应超过运营列车;大轴重列车通过时,理论上小跨度涵洞的活载储备量明显不足,但实测状态良好涵洞的受力水平较低,仍具备一定的承载潜力;涵洞跨中挠度、钢筋应变与大轴重货车的轴重、邻轴距直接相关,而与列车运行速度、货车长度关系较小;实测涵顶填土厚度大于1.0m的涵洞仍受到活载的竖向冲击作用,但动力系数并未随着货车轴重的增加而明显增加,且实测列车活载在涵顶填土中的扩散范围大于按现行铁路规范计算的结果。需要对铁路涵洞动力系数、荷载分布等的计算理论开展进一步研究,以使其进一步地完善;在既有线上开行大轴重列车之前,应对涵洞进行综合评估,以确定其合理的改造范围。     

重载铁路小半径曲线跨度32m简支T梁设计研究

铁路专用线是近几年快速发展的铁路建设形式之一,重载小半径铁路专用线更是主要的发展方向。晋中南铁路专用线采用300 k N轴重列车活载,其单线最小曲线半径300 m,双线最小曲线半径600 m,超出32 m常用跨度简支T梁梁图适用范围,而采用更小跨度的简支T梁或连续箱梁不经济。根据铁路小半径重载桥梁的特点,提出小半径曲线下重载铁路简支T梁的设计方案。重点研究适用于小半径简支T梁的偏载计算,分别提出恒载偏载和活载偏载的计算方法。目前多条专用线已经通车运营,实践证明设计方案是合理可行的。     

大轴重条件下既有铁路桥梁适应性分析及对策研究

为评价既有铁路常见跨度桥梁在大轴重运输条件下,安全储备和适应性,基于我国铁路设计标准和重载运输发展历程的系统总结和分析,采用数值模拟、工程应用实践和试验检测等手段,深入分析不同设计标准、不同跨度条件下,铁路桥梁在21～30 t轴重列车作用下的荷载效应和活载储备量,并结合工程实际开展桥梁结构重载化强化改造技术研究。研究结果表明：随着轴重增加,桥梁结构的荷载效应逐渐增加且活载储备量下降;25 t及以上荷载作用下,按照中-Z和中-活载荷载标准设计的小跨度梁活载储备量最低达到-23.97%,中等及以上跨度桥梁活载储备量最低达到-13.90%,结构安全储备存在一定程度不足;刚度偏低、强度偏小、稳定性偏弱和耐久性较差是既有铁路桥梁结构面临的主要技术问题;通过采用更换、加固、应用新型结构体系等强化改造措施,可整体提高结构承载能力和使用性能,满足大轴重运输要求。     

重载铁路路基动荷载特征

通过朔黄铁路30 t轴重列车试验,分析重载铁路路基基床动荷载幅值和分布特征,研究重载列车与普通列车作用下路基动荷载的区别。研究结果表明:重载铁路路基动荷载与轴重基本呈线性关系,30 t轴重下平均值为59 kPa,最大值达到123 kPa,轴重从25 t提高至30 t,路基动荷载增大约20%;动荷载的影响分析须考虑前后车厢相邻转向架叠加的影响,重载列车邻轴距小,相邻转向架的四轴之间相互融合,路基动荷载纵向剖面基本上呈"矩形波"形态分布,普通车邻轴距较大,相邻转向架之间的叠加不明显。重载铁路路基动荷载特征的分析为重载铁路路基基床结构的设计和评估提供了重要技术支撑。     

30t轴重下朔黄铁路桥涵结构强化技术试验研究

通过调研朔黄铁路桥涵结构的运营现状,分析30t轴重货物列车运营条件下各种跨度桥梁运营活载效应与设计活载效应比值,提出朔黄铁路大轴重重载运输强化改造设计活载图式,开展朔黄铁路30t轴重货车实车综合试验,根据各类桥涵结构特点和试验结果,得出大轴重重载列车对桥涵结构的作用规律。从钢筋混凝土简支梁、普通高度预应力混凝土梁、低高度及超低高度预应力混凝土梁、桥梁支座、钢筋混凝土涵洞及框构桥和墩台基础等方面,分析了大轴重重载运输条件下桥涵结构面临的主要技术问题,研发了预应力碳纤维板强化、辅助梁强化、小跨度桥涵强化等技术,研制了新型重载支座。各强化技术与措施经朔黄铁路工程实施与强化效果验证,可提高桥涵结构承载能力,能满足30t轴重货车运营要求。     

重载铁路25 t轴重列车轨道荷载谱的绘制

轨道荷载谱是轨道部件设计时的重要参考依据.本文依托大秦重载铁路轨道动力学荷载长期监测数据,统计了25 t轴重的 C80重车通过半径为500 m曲线、半径为800 m 曲线和直线段3个特征工点时列车轮轨荷载分布,绘制了不同线路特征条件下的轨道荷载谱,分析了轮轨冲击系数等动力学参数的分布密度.通过轨道荷载谱揭示了25 t轴重疲劳荷载作用下的轮轨冲击系数分布特点.     

重载铁路路基基床结构设计研究

研究目的:目前我国重载铁路路基厚度的设计依据现行高速铁路路基设计规范,但重载列车与高速列车作用下路基的工作机理存在较大差异。为此,本文根据弹性理论建立轨道-路基三维有限元模型,分析不同荷载水平和基床结构形式下路基动应力分布和衰减规律,提出用动强度控制设计方法确定不同轴重下重载铁路路基基床厚度。研究结论:(1)重载铁路荷载条件下,由于需要考虑轮轴的叠加效应,路基动应力衰减速率明显减小;(2)依据现行重载铁路设计方法得到的路基设计厚度处的动应力与自重应力之比为0.3~0.5,不满足设计要求;(3)采用动强度设计原则,25 t轴重下的基床整体厚度为2.1~2.3 m,30 t轴重下的基床整体厚度为2.8~2.9 m,35 t轴重下的基床整体厚度为3.2~3.3 m;(4)该结论可为重载铁路路基基床结构设计提供参考。     

蒙西至华中地区煤运通道列车轴重选择研究

介绍我国铁路货运列车轴重现状和发展趋势,以及蒙西至华中地区煤运通道运输特点.分析既有疏运线路上的桥涵、路基、隧道对不同列车轴重活载的适应性和加强措施,提出蒙西至华中地区煤运通道设计采用25t轴重列车,桥梁活载设计采用ZH活载等结论.     

基于直接概率积分法的重载铁路RC梁疲劳可靠度分析

既有重载铁路线路运营列车轴重提高会造成钢筋混凝土(RC)梁产生更加严重的疲劳问题,影响桥梁的服役性能。为研究重载铁路RC梁的疲劳可靠度,从概率的角度保障重载铁路桥梁的服役安全,根据重载铁路的运营特点,建立重载铁路RC梁的疲劳功能函数,提出基于直接概率积分法的重载铁路桥梁结构的疲劳可靠度分析方法。以某既有重载铁路跨度为8 m的RC简支板梁为例,分析该重载铁路的不同轴重货运列车的荷载模型,将列车轴重与动力系数作为随机变量,并通过移动荷载法与雨流计数法获取钢筋等效应力幅的概率模型。在此基础之上,结合重载铁路的等效运营谱,对跨度为8 m的RC板梁进行疲劳可靠度评估,并探讨年运量及列车轴重对疲劳可靠度的影响。研究结果表明：直接概率积分法能够高效精确地对重载铁路RC梁进行疲劳可靠度评估。在该重载铁路运营的前20年,疲劳失效概率均小于规范规定的限值。随着重载铁路年运量的提高,RC板梁的疲劳失效概率显著增大。运营列车轴重从23 t增大至25 t对RC板梁的疲劳可靠度影响较小。开行30 t轴重列车会造成RC板梁的疲劳可靠度严重下降,需要加强重载铁路桥梁的养护维修。研究结果可为重载铁路RC桥梁的设计与养护...     

我国既有铁路桥涵对大轴重货车开行适应性分析

国内外重载运输经验表明,货物列车轴重的增加能够有效提高运输效率,具有较好的经济性.我国既有铁路开行重载货物列车能够有效缓解运输压力,但加大了作用于铁路基础设施上的荷载.通过介绍我国铁路桥梁设计活载标准、货车发展历程,对运行不同轴重货车条件下1~200 m 跨度的桥梁储备量进行对比分析,结合既有研究成果分析了既有桥涵开行大轴重货车需要解决的关键问题,并提出了我国既有线开行的货车轴重和参数建议值.     

我国客货共线铁路列车荷载图式深化研究

随着我国高速铁路网建设和投入运营,通过高效利用既有客货共线铁路发展重载运输是铁路货运发展的主要方向之一。既有客货共线铁路是货运网络的主体,由于受既有设计列车荷载标准制约,为避免大范围改造线路基础设施,铁路通用货车宜定位为轴重270 k N、载重800 k N级;新建客货共线铁路桥涵结构应能适应大轴重铁路通用货车的开行要求。根据铁路货运机车和车辆的作用特征、货车每延米重与轴重不同比增长关系等因素,为提高设计列车荷载图式对中小跨度桥涵结构和影响线加载长度短的杆(构)件加载效应,同时避免过大荷载等级系数z的取值,将中-活载(2005)图式中特种荷载集中力量值由250 k N修订为280 k N。     

30t轴重条件下隧道技术标准研究

研究目的:货运重载是铁路发展的趋势之一,目前我国重载列车的轴重是25 t,近期的发展目标是轴重达到30 t.轴重增加将使轨道和轨下基础承受较大的荷载,也将增加隧道基底病害的发生几率.因此需要深入研究轴重增加对隧道基底结构的影响,研究30 t轴重下隧道的技术标准.研究结论:以客货混跑的太行山隧道为基础进行重载铁路隧道的断面设计基本上是可行的;重载铁路隧道应取消单纯的铺底结构,在Ⅲ级以上围岩设置仰拱,且仰拱的矢跨比和厚度应不低于客运专线隧道标准;由于重载列车荷载的复杂性和围岩的千差万别,在制定30 t轴重条件下隧道技术标准时需要结合目前重载线路进行大量现场测试.     

山西中南部铁路桥梁设计活载计算参数研究

研究目的:与设计活载相关的计算参数是进行桥梁设计所考虑的主要因素之一。山西中南部铁路通道通行轴重不低于30 t的货物列车,是我国首条通行大轴重货物列车的国家I级干线,其活载效应超出了现行桥梁设计规范的规定,相关的计算参数也不同于现行规范给出的规定。为了满足通行大轴重货物列车铁路桥梁设计的需求,本文在确定了桥梁设计活载图式的基础上,对动力系数、离心力系数、牵引力和制动力系数、横向摇摆力、列车脱轨荷载等活载计算参数的计算方法或取值进行了研究,提出了适用的计算方法或取值。研究结论:(1)动力系数:采用文献[8](前苏联规范)计算;(2)离心力系数:采用《铁路桥涵设计基本规范》中第4.3.6条计算,但离心力的作用位置取轨顶以上2.2 m;(3)制动力或牵引力系数:采用文献[3]推荐的自定义计算办法;(4)横向摇摆力:沿用文献[5](中国规范),为偏于安全计,摇摆力取120 k N;(5)列车脱轨力:按现荷载图式与中-活载图式中均布荷载的比值进行提高,即提高系数为1.2倍;(6)研究成果可直接用于通行大轴重货物列车的铁路桥梁设计。     

30 t轴重重载铁路有砟轨道道床结构设计研究

重载铁路因列车重量和长度增加、机车和车辆轴重提高,大幅增加了作用于线路上的荷载,对铁路道床有更高的要求。结合路基结构设计,提出了我国30 t轴重重载铁路有砟轨道道床可采用单层和双层2种结构。综合理论计算和室内试验给出了道床断面关键参数:道床厚度350 mm,砟肩宽度500 mm,砟肩堆高150 mm,道床边坡1∶1. 75。针对提出的道床结构在瓦日线重载铁路铺设了试验段,开展了30 t轴重列车实车试验。试验结果表明:实测脱轨系数最大值为0. 27,轮重减载率最大值为0. 21,轮轴横向力最大值为37. 1 kN,可满足列车运营安全性要求;实测横向阻力为13. 7 kN/枕,能够保证无缝线路横向稳定性;道床厚度采用350 mm相比300 mm可降低道床底面应力38. 8%。     

我国铁路重载运输技术体系的现状与发展

中国重载铁路自20世纪80年代起,经过几十年的发展,构建起了以大秦铁路为代表的25t轴重重载运输技术体系;采用以25t轴重和谐HXD1和HXD2型交流传动八轴9 600kW为主的重载货运电力机车和C80系列运煤专用敞车,以及分布式无线同步控制等技术,创造了单条铁路年运量达4.45亿t的世界纪录。在此基础上,中国铁路近年来又开展了30t轴重重载铁路运输相关技术和开行3万t重载组合列车成套技术的研究,新研制出30t轴重的和谐HXD1F和HXD2F型交流传动货运电力机车以及C96和C96H型专用运煤敞车,在中南铁路采用了我国近年来研发的30t轴重重载工务工程技术和设备;通过进行3万t重载组合列车不同编组方式的仿真计算、列车静置试验和运行试验,基本确定采用1+1+1+1(推)编组方式开行3万t列车的方案是可行的;增大轴重和加大列车牵引重量是我国铁路重载运输技术的发展方向。