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《铁路列车荷载图式》标准专家解读

发布时间:2017-02-06 14:00来源:国家铁路局 字号:TT

  1.《铁路列车荷载图式》标准的重要意义

  列车荷载是铁路机车、车辆等移动装备对线路的作用,与铁路移动装备技术发展紧密相关,是各类铁路工程结构设计的重要依据。列车荷载图式代表了铁路移动装备对线路作用特征和作用量值,是一组由不同轴重和轴距、按一定规律排列、具有可变速度的移动作用力学模型。标准制定时充分考虑了当前铁路移动装备配备情况,并适应未来一定时期内机车、车辆等移动装备技术的发展需求。《铁路列车荷载图式》是铁路基础性、战略性的标准,指导一定时期铁路线路基础设施和移动装备的发展,对推进铁路建设和运输发展具有重要意义。

  铁路是国民经济的大动脉,不同国家铁路建设、运输和移动装备技术发展需求有所不同,在列车荷载图式制定方面具有差异。《铁路列车荷载图式》标准一定意义上反映了一个国家国民经济的发展水平。《铁路列车荷载图式》标准适应经济发展、运输需求和技术进步的要求,确定了铁路移动装备的发展方向,对铁路建设成本具有直接的影响。

  2.《铁路列车荷载图式》标准的发展历程

  60多年来,列车荷载图式与我国技术经济、铁路运输需求密切相关,并随着机车车辆的发展演变而来。满足牵引类型由蒸汽机车向内燃、电力机车发展,满足集中牵引的普速旅客列车向高速动车组列车发展,满足货物列车由载重30吨级向50吨、60吨、70吨、80吨及100吨级发展。《铁路列车荷载图式》标准主要发展历程如下。

  ·上世纪50年代,我国铁路列车牵引类型为蒸汽机车,列车采用“蒸汽机车(含煤水车)牵引车辆”的形式,以此为原型研究制定了列车荷载图式,用于不同等级的客货共线铁路设计。

  ·上世纪70年代,随着牵引机车逐渐由蒸汽机车向内燃和电力机车过渡,机车牵引力逐渐增大,但总重量却相应减小;随着货车制造技术的发展和货运量需求的增大,货车的轴重和载重进一步增加。50年代制定的列车荷载图式对于机车尚有一定的储备,对于货车已经凸显不足。因此,对铁路列车荷载图式进行了研究修订,考虑到各种机车车辆在各级铁路线路上均可能运行,客货共线铁路采用了统一的列车荷载图式(中-活载),并沿用至今。

  ·上世纪90年代,特别是2000年以来,根据高速铁路和城际铁路的发展需求,研究制定了高速铁路和城际铁路列车荷载图式。高速铁路作为干线铁路,列车荷载图式除考虑满足高速动车组列车开行外,还考虑满足机车牵引旅客列车和机车牵引轻型货车开行。对于城际铁路,列车荷载图式仅考虑满足动车组开行需要。

  ·2000年以来,根据客货共线铁路和货运铁路的发展,列车牵引类型完成了由蒸汽机车至内燃和电力机车的过渡,客货共线铁路客车提速、货车载重升级,货运铁路开行了万吨级及以上的重载组合列车。为此相应研究制定了更符合运输特征和发展需求的客货共线、货运铁路列车荷载图式。

  3.《铁路列车荷载图式》标准的特点

  (1)适应不同运输特征

  我国铁路早期主要为客货共线铁路,相应地,设计时统一采用了符合客货铁路运输特点的列车荷载图式。近年来,随着铁路的快速发展,铁路客货运输呈现出客运高速、货运重载等新的特征,不同线路通过的列车差异越来越大,若仍采用统一的列车荷载图式将是不科学,也是不经济的。因此,本标准针对高速铁路、城际铁路、客货共线铁路、货运铁路分别规定了相应的列车荷载图式。

  (2)国际接轨

  本标准制定的高速铁路、城际铁路、客货共线铁路、货运铁路列车荷载图式均由普通荷载图式和特种荷载图式组成,在与国际接轨的基础上,结合我国具体情况制定而成。普通荷载图式由集中荷载和均布荷载组成,与国际铁路联盟制定路线相同;特种荷载图式根据我国路情特点制定,由集中荷载组成。本标准制定客运铁路列车荷载图式满足高速动车组开行需求,货运铁路列车荷载图式满足国际联运列车开行需求,与国际接轨,为国家实施铁路“走出去”战略提供支撑。

  (3)技术特点

  客货共线和货运铁路列车荷载图式的制定总结了我国铁路60余年的运营实践经验,在确定移动装备发展定位的基础上,预留合理的发展储备系数,新的荷载图式更符合现代铁路运输特征。货运铁路列车荷载图式在支撑我国新建重载铁路设计的同时,也可为后续利用客货共线铁路发展重载运输提供借鉴。

  高速铁路和城际铁路列车荷载图式的制定综合考虑我国客运铁路运营特点,提出了与高速铁路、城际铁路荷载图式相配套的频率等动力性能指标,提高车桥共振速度范围,合理控制设计速度范围内运营动力系数,满足设计列车效应大于运营列车效应的原则。

  4.应用《铁路列车荷载图式》标准需注意的问题

  (1)配套选用列车荷载图式及参数体系

  列车荷载图式除直接用于线路基础设施结构强度设计外,对桥梁结构刚度、频率等都有直接或间接影响,其对于列车速度的适应性也是通过控制结构刚度、频率等动力学指标实现的;此外,列车纵向力(机车牵引力、列车制动力)、离心力等也是在荷载图式基础上通过采用相应系数计算得到的。因此,应配套选用列车荷载图式及与参数体系。

  (2)列车荷载图式对桥梁动力性能设计的影响

  高速列车在桥梁上运营的安全性和舒适性与桥梁刚度、频率等动力学指标相关。在相同速度条件下,桥梁的动力学设计指标与列车荷载图式的选取并无直接关系,即无论采用高速铁路、城际铁路列车荷载图式设计的桥梁,或者是直接采用高速动车组作为设计荷载,在相同速度条件下需要满足高速列车安全、舒适运营的目标是相同的,对桥梁的动力学性能要求是相同的。

  以高速铁路标准梁桥为例,由高速铁路列车荷载图式调整为城际铁路列车荷载图式进行设计时,由于高速列车安全性、舒适性要求没有改变,梁体刚度、频率等指标不应随着列车荷载图式的变化而变化,可优化调整的主要为用于强度设计、长期变形设计的预应力束等。