铁路简支拱极限状态法与容许应力法设计对比研究.pdf

特别策划
铁路简支拱极限状态法
与容许应力法设计对比研究

牟兆祥，杨欣然

（中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院，天津300308）

摘要：为检验Q/CR9300—2018《铁路桥涵设计规范（极限状态法）》的准确性和适用性，
以哈绥铁铁路80m简支拱为例，按极限状态法和容许应力法分别对系梁和拱肋进行设计对比分
析。研究结果表明：按极限状态法设计的系梁承载力安全度约为容许应力法的0.92~0.96，变
形、应力、抗裂性及疲劳应力幅等指标的安全度与容许应力法基本相同，说明2种设计方法系
梁设计水准基本相当；按极限状态法设计的拱肋钢管安全度约为容许应力法的0.72~0.93，2种
设计方法导致的结果差异较大，主要因为2种规范材料抗力提高系数取值不同；吊杆力一般对
简支拱受力有利，建议吊杆力作用分项系数按1.0取值。
关键词：简支拱；极限状态法；容许应力法；设计对比

中图分类号：U441文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）12-0040-07
DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.12.040

0引言为适应铁路桥梁理论技术的发展并提高设计水平，
基于概率理论和可靠度理论的极限状态法开始应用于铁路
目前铁路行业广泛采用的结构设计方法为基于弹桥梁设计，该设计方法全面考虑了结构安全各种影响因素

性理论的容许应力法，该设计方法以容许应力作为结的变化和差异，使得设计参数更加合理［1］。高策等［2］针
构强度评价指标，计算简便且成熟可靠，在我国铁路对简支梁、桥墩、基础及框架涵等结构进行了极限状态

桥梁建设中发挥了重要作用。但容许应力计算所采用法与容许应力法的对比分析；周津斌［3］以现行的铁路工
的安全系数多凭工程经验和主观判断来确定，不能充程建设通用参考图为例对桥墩进行了对比分析，均认为
分考虑荷载、材料特性、工作条件等参数变化的影响。极限状态法设计水准与容许应力法基本相当；齐成龙

等［4］针对3种铁路简支T梁进行2种设计方法的对比分
基金项目：中国铁路设计集团有限公司科技研究开发计划项目
析，认为极限状态法抗弯强度可靠度级别低于容许应力
（2019YY220604）
法，但在抗裂性方面可靠度水平相当。邓江涛等［5-6］针
第一作者：牟兆祥（1986—），男，工程师，硕士。
E-mail：对连续梁桥进行了2种设计方法的对比研究，认为容许

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CHINARAILWAY2021/12
铁路简支拱极限状态法与容许应力法设计对比研究牟兆祥等特别策划

应力法更为保守。目前关于2种设计方法的对比研究多局（2）风荷载：2种设计规范关于风荷载计算参数有
限于受力状态为纯弯或压弯的混凝土结构，对于偏心受拉所区别，对比见表2。
构件以及钢构件的对比分析较少，为充分检验Q/CR9300—
表2极限状态法与容许应力法风计算荷载参数对比
2018《铁路桥涵设计规范（极限状态法）》的准确性和适
基本风压值阻力系数阵风分布地形修正风荷载强度
项目
W/kPaK系数K系数KW/kPa
用性，以哈绥铁铁路80m简支系杆拱桥为例，对系梁这0123
一典型拉弯构件以及拱肋、吊杆等钢结构开展基于极限状容许应力法0.71.30110.91

态法和容许应力法的全过程设计，并对容许应力法规极限状态法0.71.421.4211.41

范［7~8］与极限状态法规范［9］进行设计对比研究。
极限/容许11.091.4211.55
1桥梁设计概况
1.3主要材料
1.1技术标准
主梁采用C50混凝土，拱肋中灌注C50补偿收缩混凝
桥梁设计技术标准见表1。土；拱肋钢管、横撑及吊杆的上、下锚箱均采用Q345qE

表1桥梁设计技术标准钢材；预应力钢束采用抗拉强度标准值1860MPa的高强

铁路等级线路数目设计速度线路间距直曲线轨道类型低松弛钢绞线；吊索采用PES（FD）7-127成品索，抗拉
有砟轨道，梁顶参
高速铁路双线250km/h4.6m直线强度标准值1670MPa，疲劳应力幅200MPa。
考线高886mm
1.4结构设计

1.2设计荷载主桥整体结构形式为提篮式简支系杆拱桥，主梁
（1）除极限状态法增加了混凝土结构的运营动力全长82.5m，计算跨度80m，桥面全宽17.8m，拱肋在
系数规定外，2种设计规范关于恒载、活载及预应力荷横桥向内倾8°，呈提篮式样。主体结构立面及横向布
载的其他规定均相同。置见图1、图2。

图180m简支拱立面布置图

（1）拱肋。拱肋采用二次抛物线，立面投影矢一字撑采用外径1.0m的圆形钢管组成，斜撑采用外径
0.8的圆形钢管组成，钢管内均不填充混凝土。
高16m，矢跨比1/5，拱顶处两拱肋中心距12.046m。m
拱肋断面采用哑铃型钢管混凝土等截面，截面高度2.