00816008基于可靠度理论的铁路钢桁梁桥设计应用研究.doc

基于可靠度理论的铁路钢桁梁桥设计应用研究

摘要：目前国际桥梁工程设计的主流，是基于可靠度理论的极限状态设计方法。我国铁路桥梁工程规范目前仍主要采用容许应力设计方法，因此，转变为采用极限状态设计方法十分必要。文章选取一孔已运营的96m钢桁梁，分别采用现行铁路桥梁规范、基于可靠度理论的铁路桥梁新规范（试用）、欧洲规范进行检算对比。检算内容包括正常使用极限状态下的刚度、梁端转角、轨面不平顺、自振频率等对比分析；及承载能力极限状态下的强度、局部稳定、整体稳定、疲劳、连接等对比分析。经过对比分析，证实我国铁路桥梁基于可靠度理论的新规范具有合理的安全储备。
关键词：可靠度；正常使用；承载能力；极限状态；刚度；强度；疲劳

ApplicationResearchOfSteelTrussGirderBridgeDesignBasedOnReliabilityTheory

Abstract:Limitstatemethodbasedonreliabilitytheoryhasbecomethemaindesignmethodoftheinternationalbridgeengineering．Railwaybridgecodestilluseallowablestressmethodforstructuredesigninourcountry。So，thecodechangestolimitstatemethodisnecessary.A96msteeltrussgirderbridgecountsbycurrentlychinesedesigncode,newchinesedesigncode(basedonreliabilitytheory),Eurocode.Rigidity,anglesofrotationatbridgeends,trackirregularity,naturalfrequencyonserviceabilitylimitstatesandstrength,stability,fatiguestrength,connectionstrengthonbearingcapacitylimitstatesarecounted.Comparativeanalysisprovesnewchinesebridgedesigncodebasedonreliabilitytheoryhasappropriatesafetyfactor.
Keywords:ReliabilityTheory;Bearingcapacity;limitstates;Rigidity;strength;fatigue

1概述

1.1国内外现状
目前国内外工程结构设计规范的主流，是采用多系数表达的极限状态设计方法。我国铁路工程结构规范目前尚主要采用容许应力设计方法。因此造成了铁路工程结构在与国际交流中无法沟通的局面。实现铁路工程结构极限状态设计对整体提高铁路工程结构设计建造水平，与国际接轨，具有重要意义和广阔的工程应用前景。
为了防止在采用一套新的设计理论时，对既有设计体系造成混乱，在当前的条件下，一般采用校准法(欧洲规范转化为极限状态法时，明确说明了主要采用此种方法)，即在不影响现行规范设计水准前提下，只将设计表达式转变成为新的形式，为将来原始数据积累足够时调整分项系数打下基础。
1.2主要研究内容
本文选取太原至中卫(银川)新建铁路工程中宁黄河特大桥主桥为研究对象，分别采用容许应力法(现行规范)、极限状态法(已完成的极限状态规范研究成果，下文简称为可靠度规范)、欧洲规范进行正常使用极限状态下的竖向刚度、横向刚度、梁端转角、轨面不平顺、自振频率计算，及承载能力极限状态下的强度、局部稳定、整体稳定、疲劳及连接计算，对比三种规范的安全系数及限值。
中宁黄河桥为时速200公里客货共线双线铁路96m跨径下承式钢桁结合梁，线间距5m，为有砟桥面，采用无竖杆三角桁，桁高12.3m，节间长度12m，主桁中心距11.2m。上、下弦杆采用箱形截面，斜腹杆采用箱形截面和H形截面，桥面系采用结合梁，纵、横梁除端横梁外均为焊接工形截面，端横梁为焊接箱形截面，在纵梁、横梁及下弦杆上翼缘焊有剪力钉与混凝土桥面连接。纵梁连续设置，不设伸缩纵梁。

2计算模型

主桁结构和桥面系纵横梁分别按照考虑混凝土桥面板参与结构受力，以及不考虑桥面板参与结构受力两种情况进行设计。因而，建立两个模型分别计算。
2.1不考虑桥面板参与结构受力的模型
使用MIDASV.7.4.1建立一孔钢桁梁模型，将桥面板当做荷载加载在桥面板系及下弦杆上，不计桥面板刚度。模型共节点728个，单元922个，其中梁单元902个，板单元20个。模型如图1所示。由于不考虑桥面板刚度，桥面系纵横梁应力及疲劳较实际情