日本新干线采用接近于实际运营列车的N、P标准荷载图式,如图3-3所示。进行桥梁设计,对于运营不同车辆的线路,分别通过不同的动力系数予以考虑,而不去区分“设计动力系数”和“运营动力系数”的概念。动力系数也主要考虑移动荷载效应和轨道、车轮不平顺影响两部分。
图3-3 日本新干线N、P荷载图式
日本《铁道构造物设计标准——混凝土结构》(1992年版,简称“H4标准”)关于铁路混凝土桥动力系数的规定,是基于解析和实测结果的速度参量α[式(3-1)]制定的。日本科研机构研究表明,当速度参量α>0.33时,将引起较大冲击。随着极限状态设计方法和预应力混凝土结构的应用,在满足强度要求的前提下,梁体可具有较低的刚度,但随着列车运行速度的提高,设计中超出“H4标准”的速度参量α上限的情况也逐渐增加。
式中 α——速度参量;
v——列车或车辆的最高速度(km/h);
n——构件的自振频率(Hz);
Lb——构件的跨长(m)。
速度参量α的表达式是根据大地、松浦等的理论解析和国际铁路联盟技术研究所(ORE)对于众多桥梁实测数据的统计分析得到的速度效应参量。(www.daowen.com)
为适应近年来新干线高速化的发展现状,日本于2004年编制了新版《铁道构造物设计标准——混凝土结构》,并于2006年制定《铁道构造物设计标准——变形限制》。新标准较先期标准有较大变化,设计荷载由N、P荷载调整为H荷载(图3-4),H荷载与N、P荷载的差别在于车长由13.5 m、20 m改为25 m,轴重由标准定员时的160 kN、170 kN修改为考虑超员的影响,最大为220 kN,具体可根据情况选用,无硬性规定。
图3-4 H荷载图式
另外,新标准还采用了新的性能查照设计体系,同时在进行大量的车、线、桥动力计算分析和试验的基础上,引入了新的设计动力系数计算方法:
式中 i——设计动力系数;
ia——速度效应引起的动力系数;
ic——车辆振动引起的动力系数。
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