国内外铁路工程结构设计方法比较分析

论文摘要

近年来,我国铁道工程迅速发展,列车提速和重载铁路的发展对铁路工程结构设计提出了新的要求。由于铁路工程结构的特殊性,其在极限状态设计方面的进展不大。为了解国际上铁路结构设计理论和方法的发展,分析我国铁路结构设计方法和水平与发达国家的差别,为今后我国铁路结构设计规范的修订提供参考,本文对我国《铁路工务技术手册-轨道》、美国铁路工程协会手册、欧洲混凝土轨枕设计标准EN13230-1：2009和国际轨道联合会报告UIC-713R中的轨道设计方法进行了对比研究,对我国铁路桥梁设计规范TB10002.3-2005、美国铁路工程协会手册、欧洲混凝土结构设计规范EN1991-1-1：2004和欧洲混凝土桥梁设计规范EN1992-2：2005中钢筋混凝土构件承载能力极限状态和裂缝、变形控制方法进行了对比分析。（1）对铁路轨道结构（包括钢轨、轨枕、道床和路基）的设计方法进行了对比。各规范钢轨设计方法基本相同,均采用容许应力法,但钢轨应力计算方法不同。我国与欧洲轨枕设计方法较为接近,均控制轨枕承受弯矩或弯曲应力小于容许值,美国通过控制轨枕间距保证轨枕弯曲应力小于其容许值。各规范道床和路基设计方法相似,通过控制道床厚度保证路基表面应力小于容许应力,但道床厚度计算方法有所不同。（2）对铁路桥梁钢筋混凝土构件受弯和受剪承载力设计方法进行了比较,分析了各规范荷载组合和承载力计算的异同。美国铁路工程协会手册采用使用荷载法和荷载系数法两种方法,其中使用荷载法与我国的容许应力法概念上相同,但规定的容许应力与我国规范不同；美国使用荷载法计算的受弯承载力比荷载系数法计算的受弯承载力保守,按两方法计算的受剪承载力基本持平；与我国铁路规范和美国铁路工程协会手册的方法相比,欧洲规范采用以概率论为基础的极限状态设计法,能更合理地反映结构和构件的安全水平。（3）对钢筋混凝土受弯构件的裂缝和挠度控制方法进行了对比。各规范裂缝控制方法不同,我国建筑规范、我国铁路桥梁规范和欧洲规范控制计算裂缝宽度小于其容许值,美国建筑规范和美国公路桥梁规范限制钢筋间距,美国铁路工程协会手册限制纵向受拉钢筋应力。就裂缝控制安全水平而言,美国铁路工程协会手册和我国铁路桥梁规范最为严格,我国建筑规范次之,欧洲规范安全水平最低。各规范变形计算采用的刚度和考虑因素不同：我国建筑规范采用考虑荷载长期作用影响的长期刚度；我国铁路规范采用0.8EcIc；美国各规范采用短期刚度计算短期变形,并考虑收缩徐变计算附加长期变形；欧洲规范荷载长期作用和徐变的影响通过混凝土有效弹性模量考虑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 结构设计方法发展
• 1.3 国内外规范的设计方法
• 1.3.1 中国
• 1.3.2 美国
• 1.3.3 欧洲
• 1.4 研究内容
• 2 铁路轨道设计方法
• 2.1 钢轨和轨枕
• 2.1.1 我国《铁路公务技术手册—轨道》
• 2.1.2 美国铁路工程协会手册设计方法
• 2.1.3 欧洲标准EN 13230-1:2009
• 2.1.4 国际轨道联合会报告UIC-713R
• 2.1.5 对比分析
• 2.2 道床和路基
• 2.2.1 我国《铁路公务手册—轨道》
• 2.2.2 美国铁路工程协会手册
• 2.2.3 国际轨道联合会报告UIC-713R
• 2.2.4 对比分析
• 2.3 算例
• 2.4 本章小结
• 3 铁路桥梁钢筋混凝土构件承载能力极限状态设计
• 3.1 荷载组合与设计表达式
• 3.2 受弯承载力计算方法
• 3.2.1 我国规范容许应力法与美国铁路工程协会手册使用荷载法对比
• 3.2.2 美国铁路工程协会手册荷载系数法与欧洲规范对比
• 3.2.3 美国铁路工程协会手册使用荷载法与荷载系数法对比
• 3.3 受剪承载力计算方法
• 3.3.1 我国规范容许应力法与美国铁路工程协会手册使用荷载法对比
• 3.3.2 美国铁路工程协会手册荷载系数法和欧洲规范对比
• 3.3.3 美国铁路工程协会手册使用荷载法和荷载系数法对比
• 3.4 算例
• 3.5 本章小结
• 4 铁路桥梁钢筋混凝土构件裂缝和变形控制
• 4.1 裂缝控制
• 4.1.1 影响裂缝宽度的因素
• 4.1.2 裂缝宽度计算理论
• 4.1.3 受弯构件裂缝控制方法
• 4.1.4 算例
• 4.2 变形控制
• 4.2.1 影响变形的因素和一般计算方法
• 4.2.2 规范中的变形计算和控制方法
• 4.2.3 对比分析
• 4.2.4 算例
• 4.3 本章小结
• 5 结论
• 5.1 轨道设计方法
• 5.2 铁路桥梁钢筋混凝土构件承载能力极限状态设计
• 5.3 铁路桥梁钢筋混凝土构件裂缝和变形控制
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢