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摘要：随着现代社会经济的高速发展，我国铁路货运发展趋势越来越重载化，而预应力混凝土梁桥在我国铁路建设工程中的应用也越来越广泛，主要是因为其自身所具备优势众多，比如：大跨度、较强适应性、超大结构刚度、极强抗震性能、良好通车平顺性等。本文以我国重载铁路新建山西中南部铁路通道工程汤阴东(不含)至日照南段站前工程ZNTJ-20标段标线路为例，对预应力混凝土梁桥的设计以及经济性展开了全面研究探析。
关键词：重载铁路；预应力混凝土梁桥；设计；经济性
引言
重载铁路运输运能、效率都比较高，而且运输成本相对来说也比较低，因此获得了世界各国的强烈关注。1950年，世界铁路重载运输开始发展，直到1960年下半年，重载铁路运输获得了跨越性的进展，同时生产力也得到了显著提高。近些年，国际重载协会理事会对申请进入国际重载协会的重载铁路提出了更严格要求，必须要满足以下3个条件中的任意2条：列车牵引重量≥8000t；轴重＞270kN；线路长度≥150千米且年运输量≥4000万t。
一、工程概况
新建山西中南部铁路通道汤阴东(不含)至日照南段站前工程ZNTJ-20标段标线路，起止历程为DK1152+300到DK1183+100，正线总长度为32.49千米。其中包含20.538千米路基、6座8.57千米的正线桥梁、3座3.84千米长的隧道，在西铁车2号隧道进口到日照南站的铺架工程中，共制梁3423孔、铺轨460.436公里。
二、设计参数
（一）设计轴重
该线路属于国铁Ⅰ级重载铁路，因此将其轴重设计为30t。
（二）设计时速
铁路客运运行速度设计为每小时160000米，火车每小时120000米，C62、C64则是每小时80000米。
（三）设计年限
不出意外的情况下，对梁体结构使用期限的规划为100年。
（四）设计荷载
1.结构恒载
机械设备、电线电缆、现场浇筑桥面、道砟、人行道路上的支架设施、踏步板以及声音屏障都属于二期恒载[1]。对声音屏障自重予以核算时，应当按照每延米4kN展开核算。
2.活载
列车活载：选取ZH活载，系数Z=1.2。根据以上所述《基本规范》中的1+μ=1+12/（30+L）的公式对动力系数进行计算，L是计算跨度。
三、常用跨度预应力混凝土简支T梁设计与研究
由于该线路自身的特殊性能，相关工作人员对应用较为普遍的预应力混凝土简支T梁线通图进行了绘制设计，其中应用广泛的跨度有16米、20米、24米以及32米四种。倘若单线桥面宽度为4.8米，线间距为3.9米，那么双线桥面的宽度则是8.7米，同时应当对相邻两个中梁之间湿接缝的宽度予以适当调节。山西地区相关机构对该线路进行审核查验之后，提出了合理建议，因此，在具体设计阶段，整个线路主要运输的是煤炭资源，某个路段也会行驶铁路客运，所以活载图式选取中-活载（2005）ZH标准（Z=1.2）进行科学规范设计，从而充分满足重载运输铁路建设的实际需求。重载铁路晋中南桥2103应用的主要是简支T梁，结构形式是有砟轨道后张法预应力混凝土T形梁，单线包含2片梁；双线包含4片梁。
（一）重载铁路中简支T梁综合受力适应性探究
1.设计原则
现阶段，我国铁路客货运输同线中应用十分普遍的简支T梁通用参考图有2种，一个是通桥（2005）2101，另一个是及通桥（2005）2201。其中前者的主要应用范围是运行速度每个小时160000米的铁路客货运输同线，后者的主要应用范围则是运行速度每个小时200000米的铁路客货运输同线[2]。这两种简支T梁通用参考图中核心的梁型梁体都是由C55混凝土施工原材料所构筑而成的，当铁路运行速度达到每个小时200000米时，桥梁结构的刚度、强度以及承载性能都必须要得到提升，直至满足相关设计标准需求为止。尤其是通桥（2005）2201中各跨度梁的高度，在实际设计过程中都应当超出通桥（2005）2101至少10-20公分。而重载铁路对桥梁刚度、强度以及承载性能等参数的要求，与行车速度每个小时160000米的铁路客货运输同线是相同的，并且重载铁路自身列车轴重比较大，因此，对简支T梁进行设计规划时，跨度分别为32米与24米的梁高应当比通桥（2005）2101要高10公分；跨度为16米跟20米的梁高则跟通桥（2005）2101相同。此外，梁体混凝土可优先选用C60，保护层混凝土强度等级为C40。
2.预应力筋布置
通常情况下，重载铁路桥梁Ⅱ期的恒载亦或者是活载都比较大，这为预制梁的预应力度带来了严峻挑战，只要梁体部位的预应力度有所增强，那么梁体就极易产生变形、加大的问题，这对梁体的储存、运输等环节有很大不利影响，每个设计参数相互之间都会受到不同程度的影响，所以，预应力的布置应当统一整合。重载铁路具备年运输量大、列车编组长等特性，跟常规铁路相比，疲劳荷载作用的频次偏大，要想让其结构充分满足设计年限需要，具体设计过程中一定要对预应力钢束的应力幅限值予以合理调整，使其下降。下降数值可结合预应力钢束的应力幅≤100MPa予以控制，其中标准值是140MPa。另外，在下翼缘位置以及腹板内部分别铺设适量的预应力筋，在铺设时，应当按照曲线形式操作。
3.简支T梁综合受力适应性最终结果
通过对强度、刚度、裂缝控制的计算，发现这些都与设计标准需求相符，承载性能也与重载铁路需求一致。受静活载影响，无论是结构的梁端转角，还是挠跨值都比较小，因此，设计环节的重点应当是强度和应力的管控。
（二）简支T梁经济性探究
在列车运行速度、跨度一致的背景下，笔者对比了该线路的梁和选取中-活载的通桥（2005）2101系列梁的核心系数，最后得出梁位置的混凝土材料使用量提升数值为：单线梁1.017-1.044；双线梁1.004-1.046[3]。钢绞线使用量增加系数为：单线直线1.143-1.193；单线曲线1.102-1.219；双线直线1.150-1.189；双线曲线1.133-1.222。常规钢筋使用量增加系数为：单线梁1.686-1.713；双线梁1.408-1.480。之所以常规钢筋使用量增加幅度较大是因为通桥（2005）2101梁对声屏障荷载进行考虑，不属于声屏障梁不可以安装声屏障，ZH活载（其中系数Z为1.2）常用跨度梁在设计阶段全方位考虑了声屏障荷载，同时还安置了声屏障，T梁悬臂板水平方向的钢筋强度有所增加。
相关工作人员在活载选取重载列车时，对预应力混凝土简支T梁进行了合理有效设计规划，其施工原材料需求量的增长指标都比其承载能力的提升指标小。
结束语
对重载铁路新建山西中南部铁路通道工程而言，预应力混凝土梁桥大约占据该线路全部桥梁的90%，尤其是新建山西中南部铁路通道，更是对预应力混凝土梁桥进行了广泛应用，通过对其科学合理的设计，提高了其强度、刚度，抑制了裂缝的产生，为重载铁路顺利安慰的运行提供了有力保障。除此之外，预应力混凝土梁桥还具备较强的经济实用性，大大提升了建设企业的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]王江胜. 重载铁路20m超低高度预应力混凝土梁桥动载试验研究[J]. 兰州交通大学学报,2017,36(06):106-113.
[2]徐辉,张世基,严章荣,孟庆涛. 重载铁路预应力混凝土梁桥设计及经济性分析[J]. 铁道标准设计,2015,59(12):53-58.
[3]张世基. 重载铁路大跨度预应力混凝土框架墩设计实例分析[J]. 铁道勘察,2014,40(01):101-104.