一种双层四线铁路钢桁梁斜拉桥疲劳设计方法与流程

本发明涉及双层四线疲劳设计，特别是一种双层四线铁路钢桁梁斜拉桥疲劳设计方法。

背景技术：

1、近年来，我国铁路行业高速发展，跨越大江、大河及高等级通航河流的大跨度桥梁日渐增多，大江、大河上建造过多的大桥会对沿岸生态、景观及总体的规划造成不利影响。以节省过江通道资源为目的，通常将多线铁路规划采用同一过江通道进行建设，其中四线铁路共用一个过江通道的情况越来越多。四线铁路斜拉桥可以采用置于同一层布置(如宁安铁路安庆长江大桥、杭绍台铁路椒江特大桥、南昌枢纽东新赣江特大桥等)，或采用双层布置(如重庆明月峡长江大桥等)。采用同一层布置时可以采用桁梁或箱梁，采用双层布置时则一般采用桁梁。双层或平层布置的选择通常是由两岸疏解工程及接线条件决定的。

2、且四线铁路桥荷载重，致使疲劳问题突出。除外，铁路桥梁疲劳设计方法采用：“多线铁路桥主桁(或主梁)的构件检算疲劳时，疲劳荷载可按一线加载，作用于横向最不利位置，并乘以多线系数γd”的方法。γd的取值根据线路数量的不同取不同数值，《铁路桥梁钢结构设计规范》(tb10091-2017)4.3.2条规定了四线铁路的多线系数为：2.15～2.30，下限为全部高速/城际铁路，上限为全部客货共线铁路，中间部分内插取值。该系数未区分平层、双层铁路，对于平层布置铁路，四线加载的荷载效应与其中一线的荷载效应特征是一致的，采用统一的荷载系数是合理的，而对于双层铁路，尤其是对于双层铁路斜拉桥，如果将斜拉桥的所有构件的所有受力情况都选择统一的多线系数，则不太适用，经分析是偏于保守的，按此指标设计的钢梁经济性偏差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术的双层四线铁路斜拉桥的疲劳设计，将斜拉桥的所有构件的所有受力情况都选择统一的多线系数，存在钢梁经济性偏差的问题，提供一种双层四线铁路钢桁梁斜拉桥疲劳设计方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种双层四线铁路钢桁梁斜拉桥疲劳设计方法，获取斜拉桥的不同构件的多线系数，然后根据构件的多线系数设计对应的构件，其中，构件包括上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆和斜拉索。

4、本方案中，上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆和斜拉索等构件为斜拉桥的主要构件，通过获取上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆和斜拉索的不同构件各自对应的多线系数，然后根据各自对应的多线系数设计对应的构件，相比于规范的统一取值，可以更好的反应不同构件的疲劳特征，使得不同构件的疲劳设计达到与实际所需相近的安全度，构件设计更为精细化。在此基础上，可以优化部分杆件的结构尺寸，甚至是优化构件的截面类型，达到节约造价，提高钢梁经济型，且方便施工的目的。

5、优选的，获取上弦杆的多线系数时，获取上弦杆的轴力的多线系数和面内次弯矩的多线系数，根据上弦杆的轴力的多线系数和面内次弯矩的多线系数设计上弦杆；

6、获取下弦杆的多线系数时，获取下弦杆的轴力的多线系数和面内次弯矩的多线系数，根据下弦杆的轴力的多线系数和面内次弯矩的多线系数设计下弦杆。

7、上弦杆和下弦杆的主要疲劳特征均反应在轴力和面内次弯矩上，且下弦杆的轴力和面内次弯矩的疲劳差别更大。通过对轴力和面内次弯矩不同内力因素的多线系数进行获取，来对上弦杆和下弦杆进行设计，可以更好的反应上弦杆和下弦杆的疲劳特征，使得上弦杆和下弦杆的疲劳设计达到与实际所需相近的安全度，构件设计更为精细化。且能够进一步优化部分上弦杆和下弦杆的结构尺寸，甚至是优化上弦杆和下弦杆的截面类型。

8、优选的，获取斜腹杆的多线系数时，获取斜腹杆的轴力的多线系数、面内次弯矩的多线系数和面外弯矩的多线系数，根据斜腹杆的轴力的多线系数、面内次弯矩的多线系数和面外弯矩的多线系数设计斜腹杆。

9、斜腹杆的主要疲劳特征反应在轴力、面内次弯矩和面外弯矩上，且不同内力因素的疲劳特征差异大，通过对轴力、面内次弯矩和面外弯矩不同内力因素的多线系数进行获取，来对斜腹杆进行设计，可以更好的反应斜腹杆的疲劳特征，使得斜腹杆的疲劳设计达到与实际所需相近的安全度，构件设计更为精细化。且能够进一步优化斜腹杆的结构尺寸，甚至是优化斜腹杆的截面类型。

10、优选的，获取竖腹杆的多线系数时，获取竖腹杆的轴力的多线系数、面内次弯矩的多线系数和面外弯矩的多线系数，根据竖腹杆的轴力的多线系数、面内次弯矩的多线系数和面外弯矩的多线系数设计竖腹杆。

11、竖腹杆的主要疲劳特征反应在轴力、面内次弯矩和面外弯矩上，且不同内力因素的疲劳特征差异大，通过对轴力、面内次弯矩和面外弯矩不同内力因素的多线系数进行获取，来对竖腹杆进行设计，可以更好的反应竖腹杆的疲劳特征，使得竖腹杆的疲劳设计达到与实际所需相近的安全度，构件设计更为精细化。且能够进一步优化竖腹杆的结构尺寸，甚至是优化竖腹杆的截面类型。

12、优选的，获取斜拉索的多线系数时，获取斜拉索的轴力的多线系数，根据斜拉索的轴力的多线系数设计斜拉索。

13、斜拉索的主要疲劳特征反应在轴力上，通过获取斜拉索的轴力的多线系数，能够较为直接的反应斜拉索的疲劳特征，使得斜拉索的疲劳设计达到与实际所需相近的安全度，构件设计更为精细化。且能够减少对斜拉索的其它内力因素的考虑。

14、优选的，将斜拉桥的构件分成辅助跨的构件、次边跨的构件和中跨的构件，获取斜拉桥的不同构件的多线系数时，获取辅助跨的构件的多线系数、次边跨的构件的多线系数和中跨的构件的多线系数。

15、桥梁纵向不同位置的构件的疲劳特征可能存在差异，将斜拉桥的构件分成辅助跨的构件、次边跨的构件和中跨的构件，较好的对斜拉桥的构件的疲劳特征进行分段，使得在设计桥梁纵向不同位置的构件时，可以采用对应位置的构件的多线系数，使得能够更好的反应不同位置的构件的疲劳特征，使得不同位置的不同构件的疲劳设计达到与实际所需相近的安全度，构件设计更为精细化。在此基础上，可以进一步优化部分位置的部分杆件的结构尺寸，甚至是优化构件的截面类型，达到节约造价，提高钢梁经济型，且方便施工的目的。

16、优选的，将所述次边跨的构件从次边跨跨中分成第一次边跨的构件和第二次边跨的构件，获取次边跨的构件的多线系数，获取第一次边跨的构件的多线系数和第二次边跨的构件的多线系数。

17、经过研究，次边跨的构件的疲劳情况在次边跨跨中存在转折，将次边跨的构件从从次边跨跨中分成第一次边跨的构件和第二次边跨的构件，来获取对应位置的构件的多线系数，使得能够更好的反应不同位置的构件的疲劳特征，使得不同位置的不同构件的疲劳设计达到与实际所需相近的安全度，构件设计更为精细化。

18、优选的，获取斜拉桥的梁端的构件的多线系数，获取斜拉桥的辅助墩处的构件的多线系数，获取斜拉桥的次边跨跨中的构件的多线系数，获取斜拉桥的桥塔处的构件的多线系数，获取斜拉桥的中跨跨中的构件的多线系数；

19、根据斜拉桥的梁端的构件的多线系数和斜拉桥的辅助墩处的构件的多线系数取内插值获得斜拉桥的辅助跨的构件的多线系数；根据斜拉桥的辅助墩处的构件的多线系数和斜拉桥的次边跨跨中的构件的多线系数取内插值获取斜拉桥的第一次边跨的构件的多线系数；根据斜拉桥的次边跨跨中的构件的多线系数和斜拉桥的桥塔处的构件的多线系数取内插值获取斜拉桥的第二次边跨的构件的多线系数；根据斜拉桥的桥塔处的构件的多线系数和斜拉桥的中跨跨中的构件的多线系数取内插值获取斜拉桥的中跨的构件的多线系数。

20、经过研究，辅助跨、第一次边跨、第二次边跨和中跨的同一构件的疲劳情况在各自区域内沿桥梁纵向呈线性分布，通过采用获取各自区域两端处的构件的多线系数，再通过取内插值方式获取对应区域的构件的多线系数，能够较好的反应对应区域的该构件的疲劳情况。且能够避免采用穷举的方式，导致无法实施。

21、优选的，双层四线铁路钢桁梁斜拉桥包括和下层桥面系，所述上层桥面系位于所述下层桥面系的正上方，所述上层桥面系上设有两条铁路，所述下层桥面系上设有两条铁路，所述上层桥面系与所述下层桥面系宽度一致，所述上层桥面系的两条铁路位于所述下层桥面系的两条铁路正上方；

22、当所有铁路为高速铁路或城际铁路时，斜拉桥的梁端、辅助墩、次边跨跨中、桥塔和中跨跨中的构件的各应力对应的多线系数为下表：

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25、当所有铁路为客货共线铁路时，斜拉桥的梁端、辅助墩、次边跨跨中、桥塔和中跨跨中的构件的各应力对应的多线系数为下表：

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27、当双层四线铁路钢桁梁斜拉桥采用上述结构时，可以直接根据上述区域端部位置的构件的受力的多线系数，通过取内插值的方式获得对应区域的对应构件的对应受力的多线系数，进而可以快速设计相应区域的相应构件。

28、优选的，通过列车相遇概率研究各种列车相遇情况下的损伤度并得到多线系数计算表达式，并通过对双层四线铁路钢桁梁的受力特点分析，研究其各线列车作用下的荷载效应以及横向分布系数，然后根据列车相遇概率的多线系数计算表达式、荷载效应以及横向分布系数来获得构件的多线系数。

29、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

30、1、本发明所述双层四线铁路钢桁梁斜拉桥疲劳设计方法，上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆和斜拉索等构件为钢桁梁斜拉桥的主要构件，通过获取上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆和斜拉索的不同构件各自对应的多线系数，然后根据各自对应的多线系数设计对应的构件，相比于规范的统一取值，可以更好的反应不同构件的疲劳特征，使得不同构件的疲劳设计达到与实际所需相近的安全度，构件设计更为精细化。在此基础上，可以优化部分杆件的结构尺寸，甚至是优化构件的截面类型，达到节约造价，提高钢梁经济型，且方便施工的目的。

31、2、本发明所述双层四线铁路钢桁梁斜拉桥疲劳设计方法，通过将斜拉桥的构件分成辅助跨的构件、第一次边跨的构件、第二次边跨的构件和中跨的构件，且不同构件考虑各自对应的内力因素，细分了不同区域、不同构件、不同内力类型对应的多线系数，相比于规范的单一取值，可以更好的反应构件的疲劳特征，使得不同构件的疲劳设计达到相近的安全度，构件设计更为精细化。在此基础上，可以优化部分杆件的结构尺寸，甚至是优化构件的截面类型，达到节约造价，方便施工的目的。