一种考虑多线行车活载对桥墩截面外力影响的算法
阅读说明：本技术 一种考虑多线行车活载对桥墩截面外力影响的算法 (Algorithm considering influence of live load of multi-line travelling crane on external force of pier section ) 是由 苏伟 廖立坚 王雨权 李艳 吴迪 杨智慧 乔晋飞 徐洪权 张兴华 傅安民 刘龙 于 2021-05-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种考虑多线行车活载对桥墩截面外力影响的算法,包括以下步骤：以桥墩为中心,分别确定双线行车组和单线行车组的线路条数和偏距；分析桥墩纵向列车荷载,得到最不利的活载布置图式,记录对应的支座反力；横向的两组行车方式与纵向的四种活载布置图式组合成八种控制活载工况；求出各活载工况下的桥墩截面的竖向力和纵向弯矩；求出各活载工况下的桥墩截面的横向弯矩；综合桥墩截面的竖向力、纵向弯矩、横向弯矩,最终计算出多线行车活载对桥墩截面外力的影响。本发明的针对多线行车活载对桥墩截面外力的影响,以单线纵向列车活载图式计算的支座反力为基础,推广到纵横两个方向上,准确计算出桥墩截面外力。(The invention discloses an algorithm for considering influence of live load of a multi-line travelling crane on external force of a pier section, which comprises the following steps of: respectively determining the number of lines and the offset distance of a double-line running train unit and a single-line running train unit by taking a bridge pier as a center; analyzing the longitudinal train load of the bridge pier to obtain the worst live load arrangement diagram, and recording the corresponding support reaction force; the two groups of transverse driving modes and the four longitudinal live load arrangement drawings are combined into eight kinds of live load control working conditions; solving the vertical force and the longitudinal bending moment of the pier section under each live load working condition; solving the transverse bending moment of the pier section under each live load working condition; and (3) synthesizing the vertical force, the longitudinal bending moment and the transverse bending moment of the cross section of the pier, and finally calculating the influence of the live load of the multi-line travelling crane on the external force of the cross section of the pier. Aiming at the influence of live load of a multi-line travelling crane on external force of the section of the pier, the method is popularized to the longitudinal direction and the transverse direction on the basis of the support counterforce calculated by a live load diagram of a single-line longitudinal train, and the external force of the section of the pier is accurately calculated.)
技术领域
本发明属于交通运输业桥梁工程技术领域，具体涉及一种考虑多 线行车活载对桥墩截面外力影响的算法。
背景技术
随着桥梁设计和施工水平的不断提高，站场或道岔处也经常会出 现桥梁，因此多线桥的计算越来越多。通常梁和桥墩分开设计，设计 梁的人员会把每个支座的最大和最小活载提供给设计桥墩的人员，设 计桥墩的人员会利用这些支座反力组合出最不利的活载工况，但是各 个支座取得最大活载反力并不是同时发生的，设计中存在着较大安全 度。为了准确计算多线活载对桥墩截面外力的影响，又能配合已有的 单双线桥墩设计程序，亟需一种思路清晰操作简便的算法配合以前的 单双线桥墩设计程序来解决活载对桥墩截面外力的计算问题。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种考 虑多线行车活载对桥墩截面外力影响的算法。
本发明的技术方案是：一种考虑多线行车活载对桥墩截面外力影 响的算法，包括以下步骤：
A.以桥墩为中心，分析桥墩横向与多线的位置关系，分别确定双 线行车组和单线行车组的线路条数和偏距
桥墩横向是与列车行车垂直的方向，偏距是指行车组竖向合力作 用点与桥墩中心的距离，其中，双线行车组共有n2条线，偏距为E2， 单线行车组共有n1条线，偏距为E1；
B.分析桥墩纵向列车荷载，得到最不利的活载布置图式，分别为 双孔重载、双孔轻载、单孔重载、单孔轻载，记录对应的支座反力
桥墩纵向是列车行车方向，桥墩纵向有两个支座，左边支座的反 力为R2，右边支座的反力为R3，R2和R3的大小根据活载布置图式 求解；
C.横向的两组行车方式与纵向的四种活载布置图式可组合成八 种控制活载工况，后面都需要按照这八种活载工况分别进行计算
两组行车方式由步骤A得到，四种活载布置图式由步骤B得到；
D.由纵向支座位置和支座反力，求出各活载工况下的桥墩截面的 竖向力和纵向弯矩
桥墩纵向上，左边支座距离墩中心的距离为a2，右边支座距离 墩中心的距离为a3，桥墩截面的竖向力为N，纵向弯矩为M1；
E.由横向行车组和支座反力，求出各活载工况下的桥墩截面的横 向弯矩
桥墩截面的横向弯矩为M2；
F.综合桥墩截面的竖向力、纵向弯矩、横向弯矩，最终计算出多 线行车活载对桥墩截面外力的影响。
更进一步的，步骤C中八种活载工况分别从纵向和横向考虑活 载对桥墩截面的影响，按照最大竖直力+最大弯矩和最小竖直力+最大 弯矩的原则，包络了大偏心受力和小偏心受力情况下的最不利荷载。
更进一步的，步骤A中双线行车组是为了获得活载工况下的桥 墩截面最大竖向力，所以n2为多线的总条数，单线行车组是为了获 得活载工况下桥墩截面横向最大弯矩，应比较桥墩横向两侧n1·E1的 大小，取最大值一侧的铁路线作为单线行车组。
更进一步的，步骤B中四种活载布置图式，其具体内容如下：
双孔重载的活载布置图式是为了求取R2+R3的最大值；
双孔轻载的活载布置图式是为了求取墩顶左右两孔梁承受最大 竖向力的同时R2+R3最小；
单孔重载的活载布置图式是为了求取R2的最大值；
单孔轻载的R2是按单孔重载布载时梁的另一端支座反力；
更进一步的，步骤C中的八种荷载工况分别如下：双线行车组+ 双孔重载、双线行车组+双孔轻载、双线行车组+单孔重载、双线行车 组+单孔轻载、单线行车组+双孔重载、单线行车组+双孔轻载、单线 行车组+单孔重载、单线行车组+单孔轻载。
更进一步的，步骤D中桥墩截面的竖向力和纵向弯矩要针对八 种荷载工况分别进行计算。
更进一步的，步骤E中桥墩截面的横向弯矩要针对八种荷载工况 分别进行计算。
本发明的有益效果如下：
本发明的针对多线行车活载对桥墩截面外力的影响，以单线纵向 列车活载图式计算的支座反力为基础，推广到纵横两个方向上，准确 计算出多线行车活载产生的桥墩截面外力，较以前的设计方法更经济， 把该算法移植到原来的单双线桥墩计算程序中，解决了多线桥墩快速 且准确的计算问题。
本发明能够针对交通运输领域如铁路、公路、市政、轻轨等不同 类型的桥墩截面进行计算，能够正确考虑多线行车活载对桥墩截面外 力的贡献值，该方法不仅解决了桥墩的计算问题，而且可以推广到基 础计算中，有效节省基础尺寸或桩长。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明中桥墩横向的主视图；
图3是本发明中桥墩横向的俯视图；
图4是本发明中桥墩纵向的参数示意图。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1～4所示，一种考虑多线行车活载对桥墩截面外力影响的算 法，包括以下步骤：
A.以桥墩为中心，分析桥墩横向与多线的位置关系，分别确定双 线行车组和单线行车组的线路条数和偏距
桥墩横向是与列车行车垂直的方向，偏距是指行车组竖向合力作 用点与桥墩中心的距离，其中，双线行车组共有n2条线，偏距为E2， 单线行车组共有n1条线，偏距为E1；
B.分析桥墩纵向列车荷载，得到最不利的活载布置图式，分别为 双孔重载、双孔轻载、单孔重载、单孔轻载，记录对应的支座反力
桥墩纵向是列车行车方向，桥墩纵向有两个支座，左边支座的反 力为R2，右边支座的反力为R3，R2和R3的大小根据活载布置图式 求解；
C.横向的两组行车方式与纵向的四种活载布置图式可组合成八 种控制活载工况，后面都需要按照这八种活载工况分别进行计算
两组行车方式由步骤A得到，四种活载布置图式由步骤B得到；
D.由纵向支座位置和支座反力，求出各活载工况下的桥墩截面的 竖向力和纵向弯矩
桥墩纵向上，左边支座距离墩中心的距离为a2，右边支座距离 墩中心的距离为a3，桥墩截面的竖向力为N，纵向弯矩为M1；
E.由横向行车组和支座反力，求出各活载工况下的桥墩截面的横 向弯矩
桥墩截面的横向弯矩为M2；
F.综合桥墩截面的竖向力、纵向弯矩、横向弯矩，最终计算出多 线行车活载对桥墩截面外力的影响。
步骤C中八种活载工况分别从纵向和横向考虑活载对桥墩截面 的影响，按照最大竖直力+最大弯矩和最小竖直力+最大弯矩的原则， 包络了大偏心受力和小偏心受力情况下的最不利荷载。
步骤A中双线行车组是为了获得活载工况下的桥墩截面最大竖 向力，所以n2为多线的总条数，单线行车组是为了获得活载工况下 桥墩截面横向最大弯矩，应比较桥墩横向两侧n1·E1的大小，取最大 值一侧的铁路线作为单线行车组。
步骤B中四种活载布置图式，其具体内容如下：
双孔重载的活载布置图式是为了求取R2+R3的最大值；
双孔轻载的活载布置图式是为了求取墩顶左右两孔梁承受最大 竖向力的同时R2+R3最小；
单孔重载的活载布置图式是为了求取R2的最大值；
单孔轻载的R2是按单孔重载布载时梁的另一端支座反力；
步骤C中的八种荷载工况分别如下：双线行车组+双孔重载、双 线行车组+双孔轻载、双线行车组+单孔重载、双线行车组+单孔轻载、 单线行车组+双孔重载、单线行车组+双孔轻载、单线行车组+单孔重 载、单线行车组+单孔轻载。
步骤D中桥墩截面的竖向力和纵向弯矩要针对八种荷载工况分 别进行计算。
其中，步骤D中竖向力N和纵向弯矩M1的计算公式具体如下 为：
双线行车组+双孔重载、双线行车组+双孔轻载，计算公式如下：
N＝n2(R2+R3)，M1＝n2(R2·a2-R3·a3)
双线行车组+单孔重载、双线行车组+单孔轻载，计算公式如下：
N＝n2·R2，M1＝n2·R2·a2
单线行车组+双孔重载、单线行车组+双孔轻载，计算公式如下：
N＝n1(R2+R3)，M1＝n1(R2·a2-R3·a3)
单线行车组+单孔重载、单线行车组+单孔轻载，计算公式如下：
N＝n1·R2，M1＝n1·R2·a2。
步骤E中桥墩截面的横向弯矩要针对八种荷载工况分别进行计 算。
其中，步骤E中M2的计算公式，具体如下：
双线行车组+双孔重载、双线行车组+双孔轻载，计算公式如下：
M2＝n2·E2(R2+R3)
双线行车组+单孔重载、双线行车组+单孔轻载，计算公式如下：
M2＝n2·E2·R2
单线行车组+双孔重载、单线行车组+双孔轻载，计算公式如下：
M2＝n1·E1(R2+R3)
单线行车组+单孔重载、单线行车组+单孔轻载，计算公式如下：
M2＝n1·E1·R2。
实施例一
一个道岔梁桥墩，梁上有5条线，分别为1线、2线、3线、4 线，5线，如图2，各线距离桥墩中心线的距离分别为10.6m、5.3m、 0.7m、4.5m、10.2m。纵向单线活载布置图式的计算结果如表1，纵 向支座中心距离墩中心的距离a2＝a3＝0.35m，求活载对桥墩截面产生 的外力。
表1纵向单线活载支座反力(单位：kN)
根据步骤A，双线行车组中，共有n2＝5条线，偏距E2为：
单线行车组中，因为10.6+5.3+0.7>4.5+10.2，所以考虑左边行车， n1＝3条线，偏距E1为：
根据步骤D和E，可求出活载对桥墩截面产生的外力，见表2。
表2活载对桥墩截面产生的外力
综合得到，本发明的算法能够准确计算多线行车活载产生的桥墩 截面外力，且能移植到原来的单双线桥墩计算程序中。
本发明的针对多线行车活载对桥墩截面外力的影响，以单线纵向 列车活载图式计算的支座反力为基础，推广到纵横两个方向上，准确 计算出多线行车活载产生的桥墩截面外力，较以前的设计方法更经济， 把该算法移植到原来的单双线桥墩计算程序中，解决了多线桥墩快速 且准确的计算问题。
本发明能够针对交通运输领域如铁路、公路、市政、轻轨等不同 类型的桥墩截面进行计算，能够正确考虑多线行车活载对桥墩截面外 力的贡献值，该方法不仅解决了桥墩的计算问题，而且可以推广到基 础计算中，有效节省基础尺寸或桩长。