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。     

客运专线桩板结构设计方法的探讨

研究目的：本文通过对比新型地基加固措施桩板结构在设计中可采用的容许应力法和极限状态法，分析两种设计方法的特点、优势及目前发展现状，并根据实例进行计算和定量分析，以得到一些有用的结论，供设计者参考。 研究结论：容许应力法不分构件种类和使用情况，对不同的荷载形式均根据容许强度取统一的安全系数K，使得结构设计偏于安全，较为保守；概率极限状态法以概率统计为根据，具有客观性、合理性，优于带有主观性和经验性的容许应力法。但由于铁路列车荷载的特殊性，其可靠度理论还不够成熟。就目前而言，桩板结构设计时宜采用容许应力法。概率极限状态法可望在不久的将来取代容许应力法。     

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。     

基于极限状态法的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构设计研究

基于可靠度理论的极限状态设计法已经成为国际工程结构设计的主流方法。目前CRTSⅢ型板式无砟轨道主体结构设计采用传统的容许应力法,基于极限状态法的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构设计还需更多深入研究,以便我国铁路技术更好地与国际接轨。本文以商合杭铁路某工点为例,研究分析了基于极限状态法的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道底座板配筋设计过程,结果表明:底座板配筋设计时,起控制作用的为裂缝宽度要求而非承载力要求,与长期采用容许应力法得出的设计经验一致。由目前规范给出的极限状态法表达式设计的配筋稍低于容许应力法配筋,但总体差别不大。     

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%。     

客货共线铁路弹性支承块式无砟轨道结构极限状态设计法研究

为研究客货共线弹性支承块式无砟轨道极限状态设计方法,系统分析计算模型和加载方式,开展随机变量概率模型及统计参数研究,提出弹性支承块式无砟轨道极限状态设计分项系数,并进行道床板极限状态法配筋设计。结果表明：(1)对于距洞口小于200 m地段隧道内弹性支承块式无砟轨道道床板,建议承载能力极限状态下,列车荷载和温度梯度作用分项系数分别取1.2、0.5,正常使用极限状态下分别取0.7、0.5;(2)采用极限状态法对道床板进行配筋计算,距离洞口小于200 m地段道床板纵向配筋结果与容许应力法计算配筋一致,横向上表面和下表面配筋分别减少2根和6根。     

有轨电车线路土质路基段单元式无砟轨道结构设计

参考铁路客运专线无砟轨道计算方法,对有轨电车线路土质路基段轨道承受的荷载作用进行了分类和组合。建立了无砟轨道的"梁-板"有限元模型,采用极限状态法对车辆荷载下的道床结构进行了设计,并基于容许应力进行了安全性复核。复核结果显示,道床正截面受弯承载能力、正常使用极限状态下的道床裂缝、道床强度等均满足规范要求。     

极限状态法和容许应力法用于重载铁路钢筋混凝土梁受力性能评价的对比

为了探究一座足尺重载铁路钢筋混凝土T梁的抗弯承载力,并与Q/CR 9300—2018《铁路桥涵设计规范（极限状态法）》和TBJ 2—1985《铁路桥涵设计规范》规定的设计承载能力进行对比,进而对极限状态法和容许应力法设计理论进行对比分析,选取一片采用容许应力法设计的12 m跨度钢筋混凝土足尺T梁（专桥（88）1024）作为研究对象,首先基于两种设计方法进行正截面抗弯承载力计算,继而根据静力加载破坏试验中钢筋应力、T梁的变形和裂缝发展状况以及最终破坏状态,得到T梁实际承载能力并与理论分析结果进行对比。结果表明：破坏试验得到的实际承载能力是极限状态法计算的1.59倍,说明按容许应力法设计的钢筋混凝土T梁抗弯承载力有较大的安全储备;极限状态法的钢筋应力容许值略低于容许应力法的容许值,实际钢筋应力比理论计算值低9%,约为极限状态法容许值的95.8%,能满足极限状态法的要求;挠度的试验值比两种理论计算的挠度低约8%,满足挠度的容许值要求;裂缝宽度的试验值均比理论计算值大21%,但仍满足裂缝宽度的容许值要求。该梁经过多年运营,其抗弯承载力、应力、挠度和裂缝宽度仍可满足铁路桥涵设计规范极限状态法的要...     

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。     

实用荷载组合规则及其理论依据研究

介绍国际上普遍采用的荷载组合规则——Turkstra组合规则及JC组合规则，并推导其理论依据，为桥涵设计从容许应力法向极限状态法过渡提供理论参考。     

国内外钢筋混凝土铁路桥梁设计方法比较分析

在介绍了工程结构设计方法的演变历史之后,对我国铁路桥涵设计规范TB 10002.3—2005,美国铁路工程协会标准AREMA和欧洲桥梁设计规范EN 1992-2:2005中,钢筋混凝土铁路桥的设计方法和荷载组合进行了比较。分析表明,各规范考虑的主要设计荷载相同,但采用的荷载组合方法有所不同。我国铁路桥梁设计规范采用的是容许应力法;美国铁路工程协会标准采用两种方法,其中的使用荷载法与我国规范的容许应力法概念上相同;欧洲规范采用以概率论为基础的极限状态设计法,该方法能更合理地反映结构和构件的安全水平。各规范对裂缝和变形的控制和计算方法不同,我国铁路规范TB10002.3—2005裂缝和变形计算均采用荷载的标准值,美国铁路规范AREMA通过限制纵筋应力实现裂缝控制,不具体计算裂缝的宽度,变形计算采用未乘系数的荷载,欧洲规范EN 1991-1-1:2004裂缝和变形计算采用荷载的准永久组合。     

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。     

无砟轨道桩板结构路基设计计算

鉴于无砟轨道桩板结构路基没有相应的设计规范,在分析其结构特点和使用要求的基础上,借鉴相关行业标准和研究成果,将荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载,提出按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合,取各自的最不利组合以分项系数形式的表达式进行桩板结构路基设计计算。对荷载分项系数、组合值系数、准永久值系数以及结构抗力设计值和正常使用规定限值提出建议值。建议:承载板长度宜取20~50 m、厚度宜取0.5~0.8 m,并按一定原则设置;桩间距纵向宜取5~10 m,横向宜与线间距相对应;设置过渡段以满足过渡衔接处差异沉降和竖向转角要求。     

多跨连续梁在桩板路基承载板设计中的应用

研究目的:桩板路基在高速铁路、重载铁路、并线帮宽、车站路基、路桥过渡段等应用场景中得到广泛应用,具有自重轻、承载强、结构可靠的技术特征,但其结构设计仍严重依赖于工程经验和仿真分析。为解决桩板结构承载板内力分布解析计算问题,基于多跨连续梁模型,开展桩-土-板共同作用下的桩板路基承载板解析理论研究,确定承载板横断面及纵断面方向内力与挠度变形分布特征。研究结论:(1)桩板路基上部荷载通过承载板主要传递至桩基,承载板变形一般不超过0.5 mm, 1 m厚承载板已具备足够截面刚度,可满足一般设计工况;(2)承载板横断面承载以双向行车为最不利荷载因素,桩顶位置的承载板截面负弯矩数值远高于跨中正弯矩;(3)承载板纵断面内力分布更为复杂,边跨内力及变形远高于中间跨,宜采用纵断面不等跨布桩方式;(4)本研究成果可应用于桩板路基结构的承载板设计及配筋检算。     

架空式桩板结构动力特性原位激振试验研究

架空式桩板结构路基在非埋式桩板结构路基的基础上不再设置桩周路基填土,具有一定架空高度,有效减少了路基填料用量,降低了路基建设占地和缩减了施工周期。然而,由于板-土之间无直接传力,架空式桩板结构路基动力荷载传递模式发生改变,其是否还具有良好的动力特性尚处未知。因此,依托贵南高铁某架空式桩板结构路基试验段工程,开展了原位扫频激振试验。试验结果表明,在2～15 Hz变频动载作用下,架空式桩板结构路基动力响应随加载频率增加呈指数式增长规律,各项振动响应参数变化无峰值,反映在激振频率范围内架空式桩板结构路基未发生共振现象;承载板、托梁和桩基动应力总体上随激振频率的增大呈线性增长,架空式桩板结构主筋动应力从上部承载板至下部桩基呈较小增大规律,这说明架空式桩板结构路基能够有效地将上部动载产生的动应力通过承载板和托梁传递至桩基;架空式桩板结构路基综合动刚度随加载频率增加呈线性增大规律,对比非埋式桩板结构路基和传统土质填筑路基,架空式桩板结构路基具有更大的综合刚度,能有效抵抗外荷载引起的变形。综合变频试验结果可知,架空式桩板结构路基具有良好的受力与变形协调特性和振动特性。研究成果可为架空式桩板结构路基的...     

隧道结构采用极限状态法设计探讨与建议

研究目的:房建、桥梁等结构已经采用了概率极限状态法进行设计,且编制了相应可靠度规范。隧道结构由于统计特征的离散性、计算模型的多样性以及荷载分配的不确定性,设计以类比为主。目前隧道行业正推广采用极限状态法,但根据隧道结构特点,推广方式和方法值得探讨。研究结论:(1)采用极限状态法是设计趋势,但目前隧道设计以类比为主,计算为辅,隧道设计统计特征离散,计算模型多样,初支和二衬荷载分配不确定,因此初期只能形式上进行极限状态法转轨;(2)建议优先在荷载离散性相对较小的明洞和浅埋隧道中推广采用极限状态法设计;(3)应大力推广隧道受力监测,通过数据积累获取统计特征,为隧道设计全面采用极限状态法打下基础;(4)本研究成果可为极限状态法在隧道结构设计领域的推广应用提供参考。     

市域铁路路基地段双块式无砟轨道结构设计

我国市域铁路的建设尚处于起步阶段,需要对160 km/h速度的市域铁路设计标准和轨道结构进行相关研究。依托北京新机场线工程实践应用,着重研究了双块式无砟轨道结构在160 km/h市域铁路路基地段的稳定性和安全性,基于极限状态法计算了多种荷载组合下的受力情况,并对道床板和底座板进行了配筋设计和裂缝检算。研究表明:①160 km/h速度条件下,路基地段轨道结构各动力响应指标均在限值范围内,车体脱轨系数和轮重减载率指标数值均较小,能够保证轨道结构的稳定性和列车行驶的安全性。②温度作用对道床板和底座板的受力影响较大,在设计荷载中占据主导因素。③道床板和底座板底部纵向弯矩均在荷载偶然组合作用下达到最大值,配筋时应以裂缝宽度为控制指标进行设计。     

基于轨道极限状态法的过渡板受力分析和配筋设计研究

京张高铁官厅水库特大桥为简支拱型大跨度钢桁梁桥,为防止梁端转角或错台量过大,降低梁端扣件系统受力,梁缝处设计采用了过渡板结构。为保证过渡板设计合理性和安全性,建立过渡板有限元实体模型进行受力分析,并首次运用轨道极限状态法对过渡板结构进行配筋设计。分析表明:(1)温度梯度作用对过渡板(420 mm厚)受力影响较大,在设计荷载中占据主导因素,在正温度梯度下,过渡板底部弯矩达到124.155 kN·m/m;(2)过渡板底部纵向弯矩在荷载基本组合作用下达到最大值,且实配配筋率最大,配筋时应注意以裂缝宽度为控制指标进行设计。     

铁路钢桥结构疲劳极限状态设计方法研究

研究目的:结合目前已经形成的城际轨道、高速铁路、客货共线、货运专线四种运输格局,计算调整铁路钢桥疲劳设计的相关参数,修正《铁路桥涵设计规范(极限状态设计法)》(2011年版)送审稿中疲劳设计相关条文,制订新形势下铁路钢桥的疲劳极限状态设计方法。研究结论:(1)采用计算机空间刚接计算得到的应力可以直接应用于疲劳设计,不需要采用构造系数进行修正,解决了目前设计人员面临的空间计算结果无法用于疲劳设计的难题;(2)通过大量调研、实测和计算,制定了新运输形势下的典型疲劳列车、桥梁疲劳荷载谱,使得疲劳设计紧密跟进目前的运输新形势;(3)研究得出了疲劳设计分项系数,确定了城际轨道、高速铁路和货运专线的疲劳承载能力极限状态设计方法,填补了城际轨道、高速铁路和货运专线疲劳设计的空白;(4)依据新形势下的疲劳设计方法对典型的钢桥进行了试设计,试设计结果表明:新形势下的疲劳设计方法的储备与现行容许应力疲劳设计方法相比略微有所提高;(5)研究成果将纳入《铁路桥涵设计规范(极限状态设计法)》,可以直接用于今后新建桥梁的设计,同时也可为既有桥梁的疲劳评估提供参考。     

基于极限状态法的桩板式挡土墙设计研究

研究目的:桩板式挡土墙是常用的支挡结构,桩板式挡土墙极限状态设计的研究,是为了考察现行规范设计下,该结构的安全度并给出锚固段极限状态设计表达式。本文通过对桩板式挡土墙研究思路的总结和主要计算结果的分析,为桩板式挡土墙极限状态设计提供参考。研究结论:(1)桩板式挡土墙极限状态设计研究步骤:建立极限状态方程→计算可靠指标并确定目标可靠指标→计算分项系数及建立设计表达式;(2)路肩式桩板墙可靠指标分析表明,可靠指标满足或接近公众需求;(3)桩板墙可参照现行《铁路路基支挡结构设计规范》进行设计,但高边坡路堤和路堑墙应采用较大的荷载分项系数,同时设计中应注意采取减小边坡土压力的措施;(4)提出了路肩式桩板墙锚固段计算的设计表达式及分项系数建议取值;(5)该研究结论可供路肩式桩板墙设计参考。