邢彩鳳

（中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088）

在我國(guó)，專業(yè)劃分非常細(xì)致，同為橋梁設(shè)計(jì)人員，市政橋梁和公路橋梁之間相似性程度較高，但是鐵路和公路之間差距較大。公路與鐵路橋梁目前采用的設(shè)計(jì)方法不同，高策、薛吉崗[1]的論文中闡述了我國(guó)鐵路橋梁容許應(yīng)力法的來(lái)源，以及目前正在往極限狀態(tài)法過渡的發(fā)展?fàn)顩r，趙君黎[2]介紹了我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的變遷，但是少有對(duì)于二者的比較。筆者有幸做了多年公路橋梁設(shè)計(jì)的工作，且有機(jī)會(huì)參與某客貨共線鐵路橋梁的設(shè)計(jì)，以常規(guī)橋梁設(shè)計(jì)的比較，淺薄之見，略作總結(jié)，以期對(duì)后來(lái)從事不同橋梁設(shè)計(jì)的同行以參考。

1 設(shè)計(jì)方法和理念比較

1.1 鐵路橋梁采用容許應(yīng)力法

自20世紀(jì)50年代我國(guó)鐵路頒布的第一本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》開始，鐵路橋梁采用容許應(yīng)力法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)將近70年了。容許應(yīng)力法，是將材料視作理想彈性體，用線彈性理論方法，算出結(jié)構(gòu)在荷載下的應(yīng)力，并與材料的容許應(yīng)力相比較，以確定結(jié)構(gòu)的安全性。材料的容許應(yīng)力主要依賴于各種試驗(yàn)成果和多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

鐵三院從20世紀(jì)80年代起就開展了極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法橋梁規(guī)范的編纂工作，到2002年已基本完成上、下冊(cè)初稿。隨著大規(guī)模鐵路工程建設(shè)的不斷推進(jìn)，列車荷載、建筑材料、結(jié)構(gòu)形式等都發(fā)生了巨大變化，前期成果的局限性逐步凸顯。經(jīng)過研究修編，在2014年，中國(guó)鐵路總公司頒布《鐵路橋涵極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)暫行規(guī)范》，屬企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。至此，極限狀態(tài)法在鐵路橋梁設(shè)計(jì)中處于探索、試驗(yàn)階段。

1.2 公路橋梁采用極限狀態(tài)法

1954年，我國(guó)首部公路工程設(shè)計(jì)規(guī)范《公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》（修訂草案）頒布。1961年，首部《公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（草案）頒布實(shí)施。1978年之前的橋涵規(guī)范均采用容許應(yīng)力設(shè)計(jì)方法。

1978年首部預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)規(guī)范《公路預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》引入了破損階段設(shè)計(jì)理論。1985年開始，混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)入半經(jīng)驗(yàn)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)階段。2014年開始，全面采用了概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范體系轉(zhuǎn)變的比較晚，前期一直參考建筑行業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，借鑒國(guó)外的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法，采用容許應(yīng)力法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2015年，隨著《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》的頒布，鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)的方法也進(jìn)入了極限狀態(tài)法設(shè)計(jì)階段。

2 活載比較

鐵路和公路荷載有3個(gè)方面類似：一是荷載圖式分普通荷載和特種荷載兩種，普通荷載用于整體結(jié)構(gòu)分析，特種結(jié)構(gòu)用于局部分析；二是根據(jù)線路類型不同荷載數(shù)值大小不同，鐵路分為高速鐵路、城際鐵路、客貨共線鐵路、重載鐵路，公路分為高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、三級(jí)公路和四級(jí)公路，根據(jù)規(guī)范采用公路一級(jí)和公路二級(jí)兩個(gè)等級(jí)荷載；三是普通荷載由均布荷載和集中荷載組成，特種荷載由幾個(gè)軸載組成。鐵路荷載圖式如表1所示，公路荷載圖式如表2所示，公路-Ⅰ級(jí)荷載數(shù)值如表3所示。

表1 鐵路荷載圖式

表2 公路荷載圖式

表3 公路-Ⅰ級(jí)荷載數(shù)值

針對(duì)高速鐵路和高速公路荷載，均布荷載，鐵路是公路的6.1倍；集中荷載，公路針對(duì)中小跨徑橋梁是變化的，鐵路是公路的2.2～3倍；對(duì)于跨徑為30m的橋梁而言，按照跨中彎矩最大，進(jìn)行單車道（線路）最不利加載，總荷載鐵路橋是公路橋的3.64倍，分別是2310kN和635kN。

3 典型通用橋梁比較

國(guó)內(nèi)鐵路和公路橋梁均有通用圖。相比較而言，鐵路橋梁全國(guó)統(tǒng)一性更高，公路橋梁更加多樣化。同一個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)速，同一種線路類型，鐵路上部結(jié)構(gòu)不存在橋梁形式的選擇，基本上也不存在經(jīng)濟(jì)跨徑的選擇。常規(guī)橋梁以32m簡(jiǎn)支作為基本跨徑，16m和24m作為調(diào)整跨徑，特殊橋梁多以8m為模數(shù)增加跨徑，簡(jiǎn)支梁有鐵路總公司統(tǒng)一版本通用圖，連續(xù)梁（主跨48m、56m、64m、80m等）各鐵路設(shè)計(jì)院有內(nèi)部通用圖。公路橋梁，不同跨徑、不同墩高、不同地質(zhì)類型，可選擇的經(jīng)濟(jì)跨徑不同，同一種跨徑也存在不同的橋梁形式的選擇，目前有交通部統(tǒng)一版本的空心板、T梁、小箱梁的通用圖。省院都有各自的通用圖，大體上與部頒通用圖相似，但是細(xì)節(jié)上有差異，其他橋型結(jié)構(gòu)各個(gè)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)都不相同。

因?yàn)樯喜亢奢d不同，設(shè)計(jì)控制因素不同，鐵路與公路橋梁采用不同的設(shè)計(jì)，以30m公路橋梁T梁和32m鐵路橋T梁做對(duì)比。鐵路與公路T梁橫斷面圖如圖1、圖2所示，T梁構(gòu)造尺寸對(duì)比如表4所示，鐵路與公路橋梁T梁平米指標(biāo)對(duì)比如表5所示。

圖2 公路T梁橋橫斷面（與鐵路橋?qū)挶３忠恢拢?單位：mm）

鐵路橋與公路橋相比，梁高更高，橫梁個(gè)數(shù)更多，縱、橫向剛度均比公路大很多；每平米混凝土用量，鐵路橋是公路橋的1.65倍；預(yù)應(yīng)力用量，鐵路橋是公路橋的2.64倍；普通鋼筋用量二者相當(dāng)。結(jié)構(gòu)部分造價(jià)，鐵路是公路的2倍左右。

表4 鐵路與公路橋梁T梁構(gòu)造尺寸對(duì)比

表5 鐵路與公路橋梁T梁平米指標(biāo)對(duì)比

4 設(shè)計(jì)接口及控制因素比較

與公路橋梁相比，鐵路橋梁接口復(fù)雜，其他專業(yè)考慮因素較多。橫斷面設(shè)計(jì)，公路考慮車道寬度、車道數(shù)、硬路肩寬度、護(hù)欄寬度、曲線加寬；鐵路考慮線路數(shù)、機(jī)車類型（牽引類型）、軌道類型（標(biāo)軌、窄軌、寬軌）、有砟軌道與無(wú)砟軌道（是否考慮大機(jī)養(yǎng)護(hù)）、曲線線間距加寬，另外人行道還需要考慮維修養(yǎng)護(hù)車輛、電信電纜槽位置、接觸網(wǎng)立柱位置（類型、基礎(chǔ)尺寸）等。

無(wú)論是公路橋梁還是鐵路橋梁設(shè)計(jì)都需要滿足承載力的需求，只是二者使用的設(shè)計(jì)方法不同。針對(duì)常規(guī)橋梁剛度的控制，鐵路橋梁比公路要求高。公路常規(guī)混凝土橋梁，豎向撓度不可＞L/600；鐵路針對(duì)不同線路類型，要求不同，高鐵要求最高，重載鐵路要求最低，從L/1600到L/700；除了重載鐵路撓度數(shù)值跟公路橋梁要求較為接近外，其他均遠(yuǎn)小于公路橋梁規(guī)定，豎向剛度遠(yuǎn)高于公路橋梁。

對(duì)于主梁剛度的要求，除了豎向撓度值外，鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范還對(duì)梁端豎向轉(zhuǎn)角、橫向變形進(jìn)行限制，這部分公路橋梁并沒有規(guī)定，主要是由于鐵路需要保持軌道平順，進(jìn)而保證行車舒適性。另外，鋪設(shè)無(wú)縫鋼軌的橋梁，為了減少軌道應(yīng)力，對(duì)下部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)還有最小線剛度的限制。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)鐵路橋梁與公路橋梁設(shè)計(jì)存在諸多不同：（1）采用的設(shè)計(jì)方法不同：鐵路采用容許應(yīng)力法，公路采用極限狀態(tài)法；極限狀態(tài)法在鐵路橋梁設(shè)計(jì)的應(yīng)用處于研究起步階段。（2）鐵路橋梁荷載與公路橋梁荷載相比，以跨徑為30m的橋梁為例，單個(gè)車道，高速鐵路活載總數(shù)值是高速公路的3.64倍。（3）由于軌道的存在，以及行車舒適性的要求，鐵路橋梁剛度要求較公路橋梁嚴(yán)格。（4）對(duì)于相同跨徑橋梁，鐵路比公路用材用量多，每平米橋梁混凝土用量鐵路是公路的1.65倍，預(yù)應(yīng)力是2.64倍。