时间：2022-07-01 15:06:23
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇铁路工程技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
英文名称：Journal of Shijiazhuang Institute of Railway Technology
主管单位：河北省教育厅
主办单位：石家庄铁路工程职业技术学院
出版周期：季刊
出版地址：河北省石家庄市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1671-8607
国内刊号：13-1319/G4
邮发代号：
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：2002
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【关键词】十二五 经济活动分析 部门职责 过程控制
中国的铁路建设始于清朝末年，经过一个多世纪的建设和发展，中国目前已经拥有仅次于美国和俄罗斯的全球第三大铁路网、以及全球最大规模的高速铁路网。尤其是在国家进入“十二五”发展阶段后，国家对于铁路发展提出了进一步的基本原则：坚持科学发展，有序推进铁路建设；坚持安全发展，确保安全持续稳定；坚持创新发展，全面推进铁路现代化；坚持可持续发展，重视铁路经营效益；坚持协调发展，实现综合效益最大化；坚持绿色发展，提高资源利用效率。初步形成便捷、安全、经济、高效、绿色的铁路运输网络，基本适应经济社会发展需要。
铁道部部长盛光祖在一次内部会议上表示，“十二五”期间，铁路投资必须达到2.3万亿元，否则无法完成规划。这样在“十二五”期间剩余的未来三年内，铁路投资估摸将每年接近5000亿元。“铁路应该超前建设”的理念已经成为共识，这是让铁路工程建设行业倍感振奋的好消息。
通过中国铁路工程总公司领导的讲话可以看出，“十二五”阶段是个铁路全面建设的阶段，施工企业在新一轮的铁路建设中应当进一步加强成本控制及效益的合理安排。以下针对铁路项目进行的经济活动分析，对铁路工程施工企业的成本控制及效益安排进行论述。
工程项目经济活动分析是以计划资料、数据核算和调查研究的情况为依据，对一定时期内生产经营活动的全过程及其经营结果进行全面系统的分析研究，对生产经营活动给与正确的评价，探寻生产经营的改进方法，查找经营管理上的不足，提出经营管理方面的建议或者意见，指明改进项目管理、提高经济效益的方向，为领导提供决策依据，其目的是提高项目管理水平和生产经营的效益。
在进行经济活动分析时，首先应该明确的是铁路项目需要分析的项目是什么，怎么进行分析，将经济活动分析作为一项任务来进行。对经济活动分析的主要内容是分析评价项目生产经营管理过程和经营成果及项目对人、财、物利用效果，分析各生产要素的配置和施工生产的外部环境。主要包括：项目收入情况、项目成本情况、项目资金管理情况、工程技术分析、项目资产构成及资产质量情况、项目施工生产组织管理情况、项目二次经营情况以及项目质量、安全、工期、施工组织等影响项目经济活动的其它重大经济事项分析。简单具体概括为以下四部分内容：
一、施工项目本期实际生产经营过程的分析
（一）施工生产计划完成情况的分析；检查分析本项目施工组织计划的执行完成情况，工程形象进度，建安产值指标完成情况，主要实物工程量指标完成情况等。
（二）工程质量、安全管理情况的分析。
反映项目施工生产的安全质量情况和存在的问题，分析造成安全质量事故的原因及其对成本的影响、如何防治安全和质量管理中问题的出现等。
（三）施工方案优化和施工组织设计的分析和具体施工过程中的现场组织与安排等的诸多分析。
二、施工项目各生产要素资源配置的分析
主要包括：劳动力、材料、机械设备、资金和施工技术。对于存在不足、缺陷和亮点的地方要重点分析，分析内容要有主次，与分析目的无关或关系不大可以简单分析，与下一步的科学决策和盈利水平有影响的就要重点分析，并及时调整决策。
三、项目成本的分析
将项目成本组成项目、成本控制措施和现场成本管理逐一进行对比分析：从合同中标价、施工图预算、财务预算、计划成本和实际成本入手。
四、经营成果分析
主要从财务报表方面进行财务分析，分析相关考核指标的完成情况、财务分析指标的达到或实现情况，分析差距，寻找原因，提出下一步的可行性计划或实施措施。
驻点项目部各部门在经济活动分析中的分工应尽量明确，以下就各铁路项目正常的部门划分分别进行明确：
（一）工程部：
1.组织施工图审核，汇总各分部分项工程的施工图数量，编制施工技术组织措施计划，优化施工方案。
2.监督、指导各项目部对优化方案的具体实施过程。
3.负责变更设计的签认。
4.负责提供对应施工图纸工程数量的项目整体材料计划用量和已完工程量的材料计划用量。
5.负责内外部计量数量的确认工作。
6.审核、汇总各项目部工程数量台账。
（二）工程经济管理部（或计划合同部、预算成本部等名称，以下简称工经部）
1.负责组织相关人员研究与业主签订的施工承包合同及相关文件，找出利润项目和亏损项目的分布特点，确定项目成本控制中需重点关注的问题，同时作为变更索赔工作的突破口。
2.负责建立对内对外验工计价台帐。
3.监控各分部分项工程的结算控制，对超过施工图纸工程数量的对内结算及时向主要领导汇报，并在经济活动分析会议上确认。
4.项目劳务分包统一限价，并参与控制劳务合同的单价的确定。
5.分析生产过程中各环节成本升降的原因，制定相应补救措施予以纠偏。
6.建立及汇总各项目合同、劳务结算、验工计价（计量）、增收创效控制台账。
论文摘要：针对当前贵州省境内铁路现状及发展趋势，通过对货车车辆检修能力、运用维修方式、5T安全防范系统建设的分析，论述了加强车辆安全基础建设对促进贵州铁路和谐发展的重要性。同时，提出了下一步需解决的问题。
1 概述：
贵州省地处西南部，境内有铁路干线有沪昆、黔桂、渝黔、内六、南昆、水红线，开阳、水大、湖林三条支线，此外，还有众多专用铁路，2007年底全省铁路营业里程达已超两千公里。现成都局在贵州的车辆检修基地有两个，客、货车辆段各一个，其中客车担负运用维修任务，不承担段修及以上修程，货车车辆段（贵阳南车辆段）具有厂修、段修等各级修程能力，年均通过修570万辆以上。
近年来随着技术的发展，境内沪昆、内（江）六（盘水）线牵引定数已达4000t，而改建中的黔桂线在投产后其牵引定数也亦达3800t，拟建中的贵（阳）广（州）铁路牵引定数可达4000t。列车牵引定数的增加，使车辆故障频发，2008年1至5月贵阳南车辆段各列检共发现典型故障1510件，万辆故障达6.86件，如下表1所示。
表1列检作业场发现典型故障统计表
2
357
127
1
1
345
669
8
1510
0.13
23.64
8.41
0.07
0.07
22.8
44.31
0.53
尤其是今年开展“三车”整治活动以来，贵阳南、六盘水两站修仅1—5月就完成“三车”整治工作量5891辆，如表2所示。
表2贵阳南、六盘水站修2008年1至5月“三车”整治统计表
930
424
1601
2955
833
81
2022
2936
但是，贵州境内铁路线路在得到较大程度增长的同时，其车辆安全基础建设速度却不快，存在着枢纽内检修能力不足、5T安全防范系统不完善等，车辆安全运营受到一定程度的影响。
2 存在问题：
2.1 货车检修能力不足
货车车辆段有6个厂修台位、15个段修台位、20个辅修台位，年厂修、段修能力分别可超500、7000辆。
厂修、段修检修基地位于贵阳枢纽，六盘水枢纽仅有辅修、临修能力。以贵阳枢纽为例，近期（2020年）需货车段修台位26个，即便将段修库中预留的3个检修台位建成投产，段修台位数仍缺8个。同时，扣修的段修、厂修车其存车线仅有一条，仅能存20辆左右，远不能满足生产需要，且该条存车线还连接洗罐线，对生产有一定程度干扰。
六盘水枢纽按货车保有量计算，近期需货车段修台位达19个，但该枢纽无段修检修能力。
厂修、段修维修资质所获得的车种车型较少，目前共获得国铁段修C、P、N、NX、X、G、K、B、W、U等车种的维修资质，除获得一定数量的自备货车厂修资质外，国铁厂修资质仅获得K、U车型，建成后的厂修库能力得不到发挥。
货车检修台位较少及车种车型维修资质不多的现状使部分厂修、段修过期车得到不及时修理，构成了安全生产隐患。
2.2 运用维修方式较落后
目前，贵阳南担负货车到、发作业的列检作业场有5个主要列检、1个区段列检、3个制动检修作业场，1个TFDS探测站。除TFDS探测站采用室内作业外，其余各列检均是采用室外人工作业，重复作业量大，劳动强度大、质量安全保证系数低、人身安全隐患大。
2.3 安全防范网络尚未完全构成
目前境内既有的黔桂线仍只有都匀、独山、麻尾3个车站设置有红外线轴温探测设备（均为双方向），站间距最大可达74Km，如下表表3所示。
表3既有黔桂铁路贵定至麻尾段红外线轴温探测站站间距统计表
70
73
74
表1中红外线轴温探测设备的分布，违反了《铁路技术管理规程》第136条“……在干线及繁忙干线上，须设配置智能跟踪装置的红外线轴温探测网，轴温探测站的间距一般按30Km设置……”之规定，降低了对车辆轴温监测的安全防范能力。
玉屏TFDS已于2005年投入试运行，由于该系统设备较为落后，至今仍未实现与铁道部联网运行，亟需进行设备升级改造。
由于在建中的黔桂扩能、贵阳枢纽改扩建、六（盘水）沾（益）二线进展缓慢，其规划的TPDS、TADS、TFDS均尚未建成。
3 稳步推进车辆安全基础建设：
3.1 积极介入铁路新建、改建工程项目
根据新建贵阳至广州铁路工程预可行性研究报告，我段组织工程技术人员对涉及车辆部分的内容进行了研究，提出了该项目在下一步研究中需考虑的问题。
按铁鉴函〔2005〕885号《关于贵阳铁路枢纽贵阳南编组站扩建及枢纽客车外绕线工程初步设计的批复》要求，新增段内存车线，有效长达590m，目前该存车线已在施工，我段积极配合工程施工单位不断加快施工速度，确保项目尽快竣工投产，促进贵阳枢纽内货车检修任务的顺利地完成，保证枢纽畅通。
3.2 改变劳动生产组织，变革列检作业方式
根据部关于铁路运输挖潜提效的要求，我段室外列检作业既有的人员数量、作业方式远不能满足运输生产形势所需，从2008年5月下旬起在贵阳南北编发场、六盘水南编发场的始发列车实行单人分段包车制，较现有两人平行作业有如下两大优点：
缓解生产人员紧张状况，北编发场既有8人在改变作业方式前人员极为紧张，时常从到达场调作业人员参加始发作业，现已可灵活完成始发作业；质量安全责任明晰，劳动效率得到较大程度提高。
在当前不可能增加生产人员的情况下，实行单人分段包车制不失为解决人员紧张的重要方式之一。
3.3 科学规划车辆安全防范系统建设，提高安全防范能力
根据部批复的贵阳铁路枢纽改扩建工程设计，在贵阳南至谷立、贵阳北、贵阳西的区间上各设TFDS系统1套，在龙里、湖潮两站各设TPDS、TADS系统各1套，在都拉营设TPDS系统1套。我段从便于营运管理、降低建设费用、提高车辆安全防范性能等角度对贵阳枢纽“5T”规划进行了科学论证，提出了部分设备变更安装地点、增加探测方向等要求。
黔桂铁路扩能改造部批复文件中未建设贵州段TFDS、TPDS、TADS系统，我段根据生产力布局调整方案、贵广铁路线路走向，将局原拟设于麻尾的TFDS探测站改设在新都匀车站，在新建的都匀车站设置TFDS系统2套，部已以运装管验收（2008）1239号批复了该方案，即将进入土建施工阶段。
部已在铁鉴函〔2004〕655号中批复黔桂扩能改造中改建铁路贵州段内设置麻尾、星朗、学庄、墨冲、都匀、胡家寨、昌明、龙里等八个红外线轴温探测站，目前已完成了机房位置的定位，即将施工。
针对玉屏TFDS系统设备老化的问题，我段已多次向局提出了设备更新改造的建议，待批复后再行实施。
待都匀、贵阳枢纽、六盘水枢纽的TFDS、TPDS、TADS系统建成投产、玉屏TFDS升级改造后，货车运用维修将实现人机分工作业，提高车辆安全保证质量、确保运输畅通。
4 尚需进一步解决的问题：
一、人才培养目标
在人才培养上，如何将传授知识和能力培养二者有机结合，相辅相成，避其对立取其统一，制定出既适合社会对工程人才的需要，又满足高校教育的道路桥梁与渡河工程专业人才培养方案，这不但具有重要的发展意义，还具有重要的现实意义[1]。道路桥梁与渡河工程专业，综合了道路工程、桥梁工程以及渡河工程相关的专业技能。其人才培养目标就是培养具有专业设计能力、施工技能并懂得现场管理的现场工程师、道路工程师、桥梁工程师，为道桥工程领域生产第一线培育卓越的当前社会需要的高级应用型人才[2]。
二、道路桥梁与渡河工程专业课程体系的设置
紧紧围绕人才培养目标的要求，道路桥梁与渡河工程专业开设专业课，专业基础课，公共课程，专业选修课程等。道路桥梁与渡河工程专业是培养能从事道路、桥梁、铁路工程及地下工程的设计、勘测、施工、科研、咨询、维护和管理等工作的工程技术人才。其专业核心课程包括路基路面工程、桥梁工程、道路勘测设计、道路建筑材料、土质土力学、桥涵水文与水力学、隧道工程、基础工程、道路施工、桥梁施工等科目。
2.1主体思想
培养方案要适应我国现代化人才发展需求，结合科学的教育理念，掌握专业人才需求规律，顺应教育的发展潮流、专业人才培养模式和标准，培养“来之能用，用之有效”的，既有扎实的实际操作能力，同时又具有不断创新精神的高级专业人才。做到及时总结在人才培养过程中好的教学内容、教学手段以及教学改革成果，并将成果应用于新的培养方案中，不断开吸取国内外本领域先进的教育理念和科研成果，注重实际工程与课程体系的衔接、整合、优化，更新课程，发展学生创新意识，从而提高毕业生的质量。
2.2道路桥梁与渡河工程专业方向设置
道路桥梁与渡河工程专业下设有道路工程、桥梁工程和地下工程与安全三个专业方向。为适应市场需求，学生可根据自己的专长和爱好，自主选择一个专业方向进行学习。
（1）道路工程专业方向，可从事道路工程的勘测、规划、设计、施工、咨询、管理等方面的技术工作，还可以从事桥梁和隧道工程相关的技术工作；（2）桥梁工程专业方向，可从事桥梁工程的勘测、规划、设计、施工、咨询、管理等方面的技术工作，还可以从事道路工程相关的技术工作；（3）地下工程与安全专业方向，可从事地下工程的勘测、规划、设计、施
工、咨询、管理等方面的技术工作，还可以从事工程安全与灾害防治及道路桥梁工程相关的技术工作。
2.3课程分类
道路桥梁与渡河工程专业学制四年，最长不超过六年，提前修满规定的学分，可申请提前毕业。三个专业方向的所有课程分为三类，即：
（1）公共基础课。公共基础课是三个专业方向都必须要修的课程。公共基础课程共65.5个学分，占总学分比例的44%。（2）专业课程群。专业课程群包括专业课程和专业基础课程，其中专业基础课是为日后专业课程学习的先导课程，为专业课程学习做铺垫。专业基础课共49.5个学分，占总学分比例的34%，专业课共33个学分，占总学分比例的22%。（3）专业拓展课。专业方向拓展课程是在结合专业课程或专业基础课程的基础上，为开扩专业领域视野，丰富专业领域知识，更好地与毕业后工作有良好的衔接而开设的课程。相当于传统课程体系中的专业选修课。专业拓展课程涵盖了与三个专业相关的专业课程，涉及工程设计、施工、监理和管理等各方面。学生可根据自己的兴趣爱好和就业需要在专业拓展课程中，选取28个学分的课程，所修学分占总学分的19%。
2.4实践课程
本专业的实践教学环节从大一至大四一直贯穿于四年的本科培养过程，除了大一年级的军事训练课以外，还包括物理实验、专业认识实习、测量实习、专业地质实习、专业生产实习、专业课程设计以及毕业设计（论文）以及创新实践等环节。其中课内实践环节为45学分，课外实践5学分，课外实践不计入总学分，但需考核合格方准毕业。
三、结语
随着我国基础设施建设的飞速发展，交通事业已经成为我国经济发展支柱性行业，随着社会对交通技术人才的需求呈现多样化，道路桥梁与渡河工程专业人才培养也越来越受到重视。相应地，对该专业课程体系的设置也应与时代需要同步，结合国家建设对交通人才的要求，不断将新标准、新知识和新方法吸纳并将其优化，不断探究新方法和途径，为道桥工程领域生产第一线培育卓越人才。
参 考 文 献
关键词：轨枕/支承碎石相互作用；车轮冲击负载；裂纹和破坏分析；非对称车轮负载
Abstract: in this paper, it will mainly Introduced in large-scale asymmetric wheel load, and the concrete sleeper bending response and failure criteria. Before that has set up a file with a new finite element analysis model for the qualification and validation its dynamic characteristics, now reuse finite element analysis software STRAND7, through the nonlinear finite element model to simulate the stress of the supporting rubble, so as to determine the compressive stress can resist the boundary conditions. One of the numerical calculation can provide guidance for the railway track engineers standard, especially in large-scale asymmetric wheel load concrete crack and destruction of component function analysis, and standard steady-state stress analysis is a good illuminates the large-scale asymmetric wheel load on concrete sleeper is the important influence.
Keywords: sleeper/supporting gravel interactions, The shock load; Crack and destruction analysis; Asymmetric wheel load
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1 介绍
铁路轨枕是铁路轨道结构的重要组成部分，其作用是把轨道负载分摊给下部的碎石道床。根据当前的设计标准，混凝土轨枕的设计寿命一般为50年[1]，有砟轨道包含两个主要部分：下层结构和上层结构，下层结构包括底砟、路基和接地系统，而上层结构包含了铁轨、铁轨衬垫、紧固系统还有混凝土轨枕。
由于车轮/轨道的相互作用，如果车轮或者铁轨发生畸变，铁轨结构就会受到冲击荷载[2]。每条轨道受到的动态冲击载荷一般大于200kN，有时甚至会超过400kN，而在设计量为40吨的轴负载下，每条铁轨受到的车轮静态载荷最高才100kN至110kN[3,4]。在实际场景中，混凝土轨枕的断裂裂缝随处可见[5]，这一点需引起注意。在参考文献[6]中我们已经知道混凝土轨枕的破坏与其适用性有关，其中混凝土裂缝分析是容许应力计算的重点。实际上，最新研究也发现，轨枕的保留设计强度遭到界面裂纹大肆破坏[7]。对于混凝土轨枕，当前的设计方法考虑到了轴负载施加给轨枕的弯矩影响，车轮载荷（约为轴载荷的一半）通常会给轨枕两侧施加正弯矩（下沉弯曲），而轨枕中间会受到负弯矩（上拱弯曲），所以截面分析可以用来做为指标函数，以评估在车轮载荷在作用下，轨枕用于抵抗那些弯矩所需的截面大小、预应力等级和钢筋强度。通常情况下，为了处理轨枕两侧的正弯矩和轨枕中间的负弯矩，轨枕的截面大小、预应力钢筋数量和预应力强度都会被充分利用以提供良好的强度性能[2,8]。
相关研究已发现，轨枕被破坏并不仅仅是由于铁路轨道结构中材料强度的退化，还包括在极端情况下，来自轨道的冲击荷载（车轮/轨道非正常接触）[2]。所以，确定轨道的受力频谱和振幅就显得尤为重要，这样我们可以更清楚地理解铁轨系统如何对那些应力进行响应，以此确定混凝土轨枕在此过程中的作用方式。鉴于此，伍伦贡大学进行了广泛的研究，分别计算和比较了在静态荷载和冲击荷载下，混凝土轨枕的极限强度和破坏强度[3]。这篇论文研究了在动态荷载环境下（比如车轮产生非圆畸变）轨枕产生裂纹和失发生破坏的原因，可为轨枕设计师和轨道工程师提供论论指导。此次研究中，我们假设两轮同时发生畸变的概率非常低，所以我们只考虑非平衡车轮荷载下对单边轨道冲击的影响。我们在伍伦贡郊区的铁路上进行了现场试验，此铁路属于客运线，同时也属于煤和其他矿产的运输线，以验证非对称车轮荷载在实际中对轨枕的影响。
图1 STRAND7中混凝土轨枕的有限元模型
2 有限元分析
现在，对轨道系统中预应力钢筋混凝土轨枕的计算研究已非常多[6,8-11]。对于二维模型，提摩盛科梁理论（Timoshenko beam theory）最适合用来模拟混凝土轨枕的受力情况，随着三维建模技术的发展，采用连续介质的拉格朗日分析法也逐渐增多[6]，虽然如此，我们采用的模型还是在轨枕的预应力上进行了简化，只重点研究轨道基础的破坏问题。据我们所知，大量非平衡车轮荷载导致混凝土轨枕的弯曲响应和破坏分析还没有没充分验证过。
轨枕右端最大正力矩
轨枕中间最大负力矩
轨枕左端最大正力矩
图2 车轮荷载与轨枕弯矩的关系（P0 = 100 kN, M0为P0产生的力矩）
混凝土轨枕的有限元模型经过多年完善，在大量的试验模态参数和数据研究下已被标准化[10,11]。图1是一张混凝土轨枕的二维有限元模型，运用有限元模拟软件STRAND7，选取一根横梁进行赋值，并同时考虑剪应力和弯曲变形，这样就可以模拟轨枕的受力情况。在这个模型中，还要为轨枕设定一个梯形横截面，并用弹簧组代替铁轨和衬垫，用非张拉梁支座模拟支撑环境，这样可以让横梁上下活动以消除拉伸支护的影响，这也是真实的道砟受力特性。
STRAND7中的非线性求解器可以用来进行数值模拟，非线性求解器可以高效地处理轨枕/道砟的相互作用关系，以展现车轮高荷载下混凝土轨枕的弯曲响应。在研究中，车轮冲击荷载简化为静态荷载，以模拟不同等级荷载下弯曲响应，这样可以更清楚地展示非对称车轮荷载对轨枕的影响[4,8]。我们用同等条件来模拟车轮冲击的量级，把动态荷载简化为静态荷载，轨枕两端荷载比例系数范围为0到5.0。值得一提的是，动态弯矩也与持续动态荷载相关，这一点已被证实[10]。
图3混凝土轨枕的弯曲响应：(a) P/P0 = 0.25；(b) P/P0 = 1.0；(c) P/P0 = 2.0；(d) P/P0 = 4.0
3. 弯矩响应
为了研究车轮对混凝土轨枕的冲击影响，我们保持轨枕左边100kN（P0）的载荷不变，右边的载荷分别用P0乘以0-5.0之间的系数（如图1所示）。单边荷载对混凝土轨枕的影响如图2所示（检测按照AS1085.14标准，值得注意的是，这个标准基于轨枕两端施加同等荷载），这张图能够为轨道维护工程师进行应力分析提供良好的指导作用。从图2中我们可以很明显地看出，轨枕右侧的最大正力矩与施加的载荷P线性相关，特别是当P/P0比例大于1.5时，其线性相关性更加明显；在轨枕左侧，其最大正力矩与P成反比，当P/P0比例大于2.0时，其反比系数开始减小；而对于轨枕中间的最大负力矩，其合力矩与载荷P没有线性关系，但我们依然可以从图中看出，当P/P0比例约为2.75时，轨枕中间的弯矩达到最大值，当P/P0比例继续增大时，其合力矩略微减小。
图3a显示的是当P/P0=0.25时混凝土轨枕的弯曲响应，和明显，此时的弯曲力矩图是非对称的，并且向P0一侧倾斜；图3b则是一幅典型的基础力矩图，因为轨枕左右载荷相等，在这种情况下，弯矩响应也是对称的；图3c和图3d显示的是当P/P0分别为2.0和4.0时，即在非对称荷载下混凝土轨枕的弯矩响应，此时载荷较轻那一端的弯矩被重新分配到载荷较高的那一端，因此，我们可以看出，最大力矩趋向于转移到更高的载荷区域。此外，澳大利亚伍伦贡大学对冲击破坏分析做了更深层次的研究，也就是非对称单轮冲击对混凝土轨枕的破坏分析。
4 破坏分析
在过去，铁路混凝土轨枕的设计都是基于澳大利亚标准。轨枕的破坏方式都是由于弯曲破坏，这与图3中弯矩分析相符合。轨枕在两边均衡受力的情况下，轨枕中部上表面由于受到张拉可能会产生破坏。其他较危险的地方就是轨枕两侧的下方，也就是与铁轨接触的区域的背面，但在这个地方产生的破坏能够比较容易被检测到。
在非对称车轮荷载的情况下，弯曲应力会转化为更高的载荷应力集中。拉应力被重新分配到了更高的应力集中区域。在轨枕左端和中间的张拉应力都转移到了轨枕右端下部，使其张拉应力区增大，也就是说，应力的重新分配塑造了新的压缩区。当我们连续观察P/P0 = 1.0、P/P0 = 2.0和P/P0 = 4.0时，这种应力转移的特性就更加明显，很显然，当车轮荷载P/P0比例较大时，混凝土轨枕的上表面张拉应力会减小，但是高荷载那一端的下部应力会增加，并且主要弯曲裂纹也会出现在这里。
伍伦贡大学也做过类似的试验[3,5,14]。那些混凝土轨枕都经历过大型单边冲击荷载，那些冲击荷载的经历表明轨枕发生破坏时P/P0的比例比5.0还要大。在测试混凝土轨枕的破坏条件时，主要弯曲裂纹出现在载荷P端的下方，次级裂纹出现在轨枕的上表面，试验结果和计算结果取得了良好的一致性。
5 结论
尽管混凝土轨枕被完全破坏的例子并不多见，但轨枕出现主要裂纹和次级裂纹的案例却屡见不鲜，而这种形式的裂纹主要是由于车轮的冲击荷载。但到目前为止，人们对铁路系统中混凝土轨枕的受力响应和破坏分析还不甚了解（特别是在动态条件下），这篇论文采用了数值模拟的方法，研究了在车轮冲击荷载的作用下，混凝土轨枕的弯曲响应和破坏分析。
由于混凝土轨枕的有限元模型经历了多年的发展和完善，现在已经进行了标准化，所以非常适合用于本次研究。我们先把非对称车轮冲击荷载简化为似稳态荷载或者乘上系数的荷载，再用STRAND7中的非线性求解器处理轨枕/道砟之间受力关系，最后的数值模拟显示较轻荷载那一端的弯矩会重新分配到较高荷载的那一端，也就是说，最大弯矩会在较轻荷载端的应力集中区域进行负偏移，反之亦然。在非常高的冲击荷载下，混凝土轨枕上表面的张力会大量转移到较重荷载端的下部，并且其数值模拟结果与澳大利亚伍伦贡大学的冲击试验结果非常一致。
致谢
这里要感谢澳大利亚铁路工程技术合作研究中心(Rail-CRC)提供的财政支持，还有Rail-CRC委员提出的宝贵意见。作者还要特别感谢阿兰•格兰特、伊恩•布瑞吉、鲍勃•罗兰还有詹森•克鲁斯特这些技术员在研究中给予的帮助。
参考文献
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关键词：可靠度 地下结构 岩土参数概率特征
1.前言
地下结构和其它岩土工程一样，在整个设计过程中存在大量的不确定性。传统方法设计时用一个笼统的安全系数来考虑众多不确定性的影响。对各参数、变量都假定未定值。这就是常规的定值设计法。虽然以后对某些参数（如材料的强度）取值时也用数理统计方法找出其平均值或某个分位值，但未能考虑各参数的离散性对安全度的影响。所以安全系数法不能真正反映结构的安全储备。
60年代末期，数理统计和概率方法在结构设计中成功应用，鼓励和启发了隧道工作者寻求用概率方法研究地下工程中各种不确定性并估计他们的影响。进入70年代，可靠度分析方法扩大到更多的设计领域。但是，这种方法仍然受到一些岩土工作者的反对和质疑。原因在于岩土工程本身的机理比较复杂，有些问题还没有充分认识；岩土工程概率方法还处在发展阶段，不少概念还不很明确，计算方法也不够简便；一些人对概率论和方法不很熟悉。这些困难也促使一些岩土工作者潜心钻研，他们吸收地面结构概率分析成果，针对岩土和地下工程的特点开展专题攻关，虽未完全解决技术上的关键，也取得了可喜的成果。研究表明，概率和可靠度分析方法在不确定性越严重的问题中越能显示出活力来。
1992年，国家技术监督局《工程结构可靠度设计统一标准》，作为其它各类工程结构设计共同遵循的准则。铁路、公路、水利、港口等行业先后开展结构设计统一标准的编制工作。作为上述各类工程的重要组成部分的隧道及地下工程，采用概率极限状态设计也提到日程上来。一些技术难题有待继续攻克，实用化问题也要同时解决。目前，可靠度分析在地下工程中的应用正在经历由粗糙到精细，由简单到复杂再回到简单并进入实用这一过程。
2.岩土参数概率特征的研究
确定围岩的物理力学参数和原始应力状态时分析地下结构力学行为的先决条件。对于重要的大型结构（如水电站地下厂房等）通常要在周围地层钻孔取样并进行一系列试验以取得有关参数。交通用途隧道纵向长度比横向长度大得多，经过的围岩也化，通常按各类围岩的综合力学参数进行计算。引入可靠度后，必须考虑这些物性参数的概率特征。这方面的研究成果对地下结构可靠度分析至关重要。
2.1围岩分级判据的可靠性研究
一般隧道设计时都要现场确定该隧道所处的围岩类别。各种围岩分类法都有各自的一套标准。但由于标准本身常存在模糊性或不确定性，或者不同人对标准的理解和处理不尽相同，不同人对同一围岩的评价结果总体会趋于一致，具体还不会完全同一。围岩分类的随机性值得我们进一步研究。
我国在围岩分类和分级方面已有不少成果，可惜各部门还不统一。东北大学林韵梅教授等提出围岩稳定性动态分级法，李强提出模糊聚类分析法。在动态分析法中对分级判据的分布进行初步分析，应用数理统计方法对分级判据进行研究。在定义分级判据可靠性的函数上，用柯尔莫洛夫法对其分布规律进行检验。还提出了分级标准和分级方法的评价准则。
2.2地质资料的概率处理
对于大型地下工程和重点长大隧道都要进行比较细致的地质勘探。但要从有限的勘探资料中获得隧道全长或大型地下工程周边围岩的地质状况和有关参数，必然存在不确定性和偶然性。用概率法可减少误判的机率。例如长江科学院包承纲研究员等以概率方法处理水坝地基钻孔之间的地层分界线，取得更为合理的结果。
地层中常有一些异常地质点存在，如软弱夹层、空洞等。他们对地下工程施工和运营有很大影响。为此，首先要弄清楚它们出现的可能性、大概的位置及其性质，然后通过可靠度分析法去分析它们的影响。Bercher(1979)及Tang(1987)等都对某地区在给定钻孔布置与地质历史推断情况下，对异常地质出现的概率和统计特征做过估计，先给予一个不出现异常的先验概率，然后根据一系列钻孔资料按Bayesion 公式推得修正的不出现概率和联合分布。
2.3土性参数的随机场研究
据研究，土性参数变异系数可达0.29，比计算模型的不定性影响大得多。土性参数概率特征经历了两个阶段。早期研究建立在随机变量基础上。后期研究集中在随机场理论的应用上。
不难理解，岩土工程的性状是由某一空间范围内岩土的平均特征所控制。根据一个个试样求得的统计特征称为点特征。点特征与空间特性之间由一定的关系。空间平均特征的方差应小于点特征的方差。控制岩土工程可靠度的是土性参数的空间平均值方差而不是点方差。因此，土性参数的概率分析是一个随机场问题。对于空间分布的地层，由于沉积和埋藏等条件的联系，不同点之间虽有差别又有一定的相关性。这种相关性将随二点距离的增大而减弱。相关距离是岩土可靠度随机场研究中的一个重要参数。有关学者提出了相关距离的物理意义、集合意义及实际计算方法，提出了不同地层相关距离的年经验值。研究了不同统计方法的参数对可靠度分析的影响。
2.4岩体特性统计特征的研究有待加强
近几年由于土坡稳定、桩基承载力及地基承载力等方面可靠度分析实用化的需要，推动了土体概率特征的研究。而土性概率特征的研究成果又促进了上述几种典型工程实用可靠度分析。由于岩体的本构关系更为复杂，节理、裂隙、层状等对岩体特性影响更多，岩石地下工程计算模型不定性更为突出。对于众多不定性相互作用的岩石工程，更需要可靠度分析。国内勘察设计部门也积累过大量岩石资料，但用概率方法加以整理的参加横过较少。日本在这方面做过的工作值得重视。他们对各类围岩（如花岗岩、闪绿岩、砾岩、砂岩、泥岩等）的主要指标（如单轴抗压强度、压缩变形系数、抗剪强度、干密度等）的分布特征，均值及变异性以及相互关系等都做过分析整理，这些资料可供参考。
3.作用效应随机分析方法的成果
作用效应是可靠度分析中重要的综合随机变量，它占用很大的计算工作量。地下结构作用效应的定值分析方法不论是“荷载—结构”模式或“地层—结构”模式，目前大多采用有限元分析，考虑空间作用时还用三维有限元。对裂缝、节理发育的岩石地层主要有两种方法：
a.仍然利用连续介质力学理论，但要寻求反映不连续岩体特点的本构关系或把节理裂隙的力学性质作为附加条件加以考虑，然后求解；
b.应用块体理论，寻求关键块。利用量测到的位移信息反求地层的力学指标也是常用的方法。引入可靠度以后如何在上述各方法基础上进行随机分析时必须解决的问题。
3.1随机有限元的进展
有限元法在随机介质中的应用始于70年代初期。当时主要用于岩土理论与应力分析。其基本思路是采用蒙特卡洛模拟法。该法建立在大量确定性计算基础之上，费用较为昂贵。结构静力计算的随机有限元法70年代中期由瑞典的K.Handa首先提出，80年代末日本的Hisada和Nagagri等对随机有限元作了较为系统的研究。至此以后随机有限元理论朝着两个方向发展，一是基于摄动展开的有限元统计分析；另一是随机场的局部平均。具体的方法有：纽曼随机有限元法；随机有限元最大熵法；有限元一次二阶矩法；随机有限元响应面法；摄动随机有限元法等。上述各种方法各有其特点，有的理论上较为严密，但计算量大；有的较近似而计算简便。响应面法，摄动法及蒙特卡洛法在我国隧道可靠度分析中都已实际应用。
作为随机有限元的深入，有人还提出非线性随机有限元，但该理论正处于尝试中。采用目前流行的随机有限元通常只能确定荷载效应的某些数值特征，如均值、方差、相关矩等，难以确定荷载效应的概率分布及高阶矩，故还不能很好的满足可靠度分析的要求。蒙特卡洛法可求出概率分布，但计算量较大。成都电子科技大学张新培教授提出了改进的随机有限元法。该法以有限元为基础，利用荷载列阵与刚度矩阵各元素之间特征函数确定结构各单元荷载效应的特征函数，再根据特征函数与分布密度函数及数字特征的关系，求出荷载效应分布密度函数积极数字特征。此法概念简单，容易实行，较好地满足可靠度分析的要求。
3.2随机块体理论的提出和应用
块体理论是我国学者石根华和美国学者R.Goodman首先提出的岩体工程分析方法，为岩体洞室和边坡稳定分析开辟了新的途径，在国际上受到重视并得到日益广泛的应用。块体理论中关于岩体被不连续的空间平面切割成分离块体以及切割面上的力学参数c、Φ等都作为定值。由于实际岩体不连续面形成因素复杂，同一组不连续面的产状在一定范围内发生变化，连续空间平面切割成的变形状空间块体具有随机性。切割面力学参数也使随机变量。因此更适合概率分布。河海大学王保田、吴世伟提出的随机块体理论，用随机抽样法寻找可动块体的概率，并用一次二阶矩法求关键块的概率。二者结合可较好的解决已知结构面产状概型和力学性态是随机值的问题。南京航空专科学校的张广健等应用随机块体理论编制出计算程序，用以对隧道围岩稳定性进行可靠度分析，求得各类围岩的块体稳定可靠指标。所得结论与设计和施工经验基本一致。若能用现场实测数据统计分析，其结果将更能反映工程实际。
3.3三维随机边界元法的提出
地下结构的有限元分析特别是三维分析需要划分许多单元，计算机工作量和对计算机内存的要求都很大。特别对无限区域的课题，在一定范围内离散将忽略外方广大区域的影响而带来误差。因此人们的注意力又转到一些边界解法上，相应的边界单元法得到发展。隧道的边界元分析有其明显的优点，日益受到国内外重视。针对地下结构分析中参数都具有明显不确定性的特点，随机边界元法的研究和应用将对隧道可靠度分析起到新的推进作用。
武汉水利电力学院潘国宁等提出的三维随机边界法是将边界元计算过程作为函数转换过程，再参数取值时对函数过程做泰勒展开。通过边界计算得到应力和位移的均值；然后计算有关变量对参数的一阶导数和二阶导数在取均值时的值。最后考虑参数的变异性来分析计算结果的变异性。此法公式简洁，计算工作量小，对隧道分析有重要参考价值。
3.4围岩参数的随机反分析
由于围岩的物理力学指标不容易确定，现场取样试验或直接测试资料也只是得到点特性而不是我们所要求的围岩空间平均特性。因此，利用施工监测得到的位移信息反演求出围岩参数的方法在一定条件下能满足地下结构分析的要求。目前定值的反演分析比较成熟，已开发出很多程序可供应用。但是反演分析所依据的信息实际是带有一定离散性的随机变量，可靠度分析也要求反分析的结果能表示出概率特征。因此，随机反分析也逐渐受到重视。专门著作《反演理论》对反分析概率化有重要论述。同济、北方交大、西南交大岩土和地下工程专业的博士研究生的论文都曾涉及隧道随机反分析问题。目前采用的方法有传统的蒙特卡洛法、随机摄动法。
4.针对岩土工程特点的可靠度分析方法的新发展
《工程结构可靠度设计统一标准》在附录一中推荐用一次二阶矩法计算结构的可靠指标。同时指出对于变异系数很大、极限状态方程非线性程度很高等情况，宜用更精确的方法计算。岩土物性变异性比较大，常呈现一定的相关性，如内摩擦角与内聚力之间负相关，容重与压缩模量、内聚力等正相关。忽视这些相关性，会使计算结果出现误差。而一次二阶矩法是假定基本变量间是相互独立的。
目前针对相关性提出两种一次二阶矩的改进方法。一是将相关变量变为互不相关的变量，新变量的方差矩阵是由原变量标准化后的方差矩阵构成。另一方法是将极限状态方程的标准差展开后求得分离变量作为新变量的灵敏系数，在新的灵敏系数重反映与之相关的另一变量的影响。前法适用于多个相关的基本变量，后法只适用于两个相关变量。
对于非线性极限状态方程，用当量正态法有时计算误差过大，有时不易收敛。此时将蒙特卡洛模拟引入可靠度分析中，只要模型次数多就能得到精确的失效概率值。对于很小的失效概率需要很大的模拟次数。为节省机时，可从计算方法上改进。为避免概型拟和引入的误差，采用高阶矩发值得进一步探索。
对于一些判别准则易受人为因素影响的问题，也可将模糊数学方法引入可靠度分析中，发展成为模糊可靠度分析法。坑道稳定性位移判别的方法和准则就有很多主观和客观不确定性因素，坑道稳定性模糊概率分析法，把“坑道稳定性”作为一模糊随机事件，求其模糊概率，用模糊统计分析试验法结合专家综合评判来确定地下坑道周边位移与坑道稳定性的隶属函数，推导出坑道稳定性可靠度计算的一般表达式。
5.围绕《铁路隧道设计规范》的修订，隧道可靠性
铁路隧道在我国地下工程中占很大比例，第二层次的《铁路工程可靠度设计统一标准》也已。第三层次的铁路各专业设计规范可靠度设计修订工作已提上日程。针对人们对可靠度理论在隧道中的应用有怀疑态度甚至否定这一情况，铁道部先组织几批专家进行“以可靠性理论为基础修订铁路隧道设计规范的可行性研究”，得出可行的结论，并分别从“荷载—结构”模式、“地层—结构”模式和以工程类比为基础的经验设计模式等几个方面提出实现可靠度设计的途径和需要攻关研究的课题。该项研究经铁道部组织专家评审验收，人为结论正确，所建议的隧规改革目标明确，路径可行，可作为今后隧规改革的指导性文件。
为了使铁路隧道设计规范按可靠度设计加以修订这一难度较大的工作能逐步深入开展，铁道部主管部门已立项开展《按可靠度理论修改隧规的基础性研究》。研究内容包括围岩物性指标及深埋隧道围岩松动压力统计特征研究；浅埋隧道覆土荷载统计特征研究；明洞、棚洞填土荷载统计特征试验研究；衬砌混凝土偏压构件抗力计算方法及偏压强度统计特征研究；隧道衬砌几何特征研究等。由铁路各高校分别承担。铁路高校研究生论文选题也开始转向隧道可靠度设计这一领域。
与此同时，有关院校对人防工程按可靠度设计也提出过方法及若干建议。水电部门针对工程特点正对隧道工程的作用及作用效应进行统计参数整理。
关键词：驳船队；驳船撞墩；通航宽度；峰值的时间差；边驳的附加力
Analysis and Countermeasures for Barge Fleet Collision with Pier during Design of Bridge Anti-collision
CHEN Guoyu
( Shanghai Marine Steel Structure Research Institute, Shanghai 201204 )
Abstract: A barge fleet has big length and breadth and it is not easy to operate because of the mono-hull ship and so at the beginning of bridge design stage, the designer would consider these three factors including bridge type, navigable width and probability of the ship collision with pier. However, there are less and less barges and the barge fleet may disperse immediately after collision with bridge happens, because collision force is small and the collision force would not be the control factor in the ship collision with bridge pier.This paper discusses the peculiarity of the link between the barges in the fleet and the append force from the two close barge and the interval time between two peak values of force are calculated. And when the two peak values of force are piled up the result is far smaller than the peak value of the mono-hull ship. So, when we calculate the force of the collision we should consider the mono-hull ship.This paper also discusses the guides about the barge collision with bridge of China and AASHTO.
Key words: Barge fleet; Barge collision with the bridge; Navigable width; Interval time between two peak values; Appends force from two close barges
1 驳船队的现状
大型驳船队，我国主要在武汉以下的长江中下游从事载货运输，曾每年为马鞍山钢铁公司、武汉钢铁公司运输矿石1 000万t以上（上水），为沿江各电厂运输煤炭2 000万t（上、下水）。另外，驳船队为下游的建筑工地运送砂石也是非常经济的。
1×4413 kW（6000hp）+20×2 000 t的驳船队为载重最大的驳船队之一，如图1所示，其载重量达到4万t。
在河流下游的水网地区，流速比长江低些，往往几百马力的拖船就可以拉几千吨的货，运输成本比较低。可以看见一字长蛇形的拖驳船队。如图2所示。
驳船队这种运输方式大约风行了几十年。“进入21世纪，船运公司增多，货源分散；北煤南运，港口建成，水运煤由江转到海上。大批载重量为5000t～30000t的江海联运浅吃水肥大型散货船投入运输。她们自航，调度方便，靠离码头不需港作拖船帮助，不花港作规使费。船上防浪防潮设备好，可载多种货品，适应港口大型化和港口装卸高速化。因此港口和货主倾向自航货船，大多数货主不再接受2000t以下驳船。”[1]
驳船公司为了维持本身的竞争力，采用建造大载重量驳船的补救办法：批量建造5000t舱口驳，以缩短码头掉靠驳船的时间，减少使用港作拖船的费用；建造8000t～10000t甲板驳，以承运大件货物。
“但由于补救办法仍未能彻底改变驳船队运输‘不适港，不适货’的总趋势，所以驳船队退出江湖是必然趋势。2009-11-04，国内最大的内河水运企业凤凰公司将106艘2000t中分节驳退出市场。长江航运进入自航船舶时代。”[1]
2 驳船队撞墩的实例描述
“1998年夏，长江中上游发生特大洪水，全线封航，9月2日洪水消退恢复通航，就在这天晚上，长22033轮第23航次，顶推1 000 t～1 500 t空驳7艘顺水而下，航速18 km/h。八时刚过，与黄石长江公路桥3号主墩防撞设施相撞。船队编结如图3所示。
图3 被撞散前的船队编结图
碰撞发生后，多根系结缆绳断裂，船队分解，分别从防撞设施两侧漂下，各个驳船损伤程度不一，------ 。”[2]因为是21237号驳船撞3号墩，所以“21237驳，左舷发生长6 m高2 m凹陷0.25 m的破裂穿孔；甲板拱凸8 m2。------21169驳，首尖舱水线（2.4 m）以下全部破损，5根钢丝绳（50 mm 4根。75 mm 1根）断裂。------81058驳，首尖舱左舷近第一空仓处破损凹进2处，各为1000×50mm,第一舱左舷侧板破裂12 000×600 mm,系结钢丝绳断损3根。”[2]
从上面描述可以看出，驳船队是用钢丝绳系结起来的，撞墩之后钢丝绳断裂，驳船散队。
而且空驳船的惯性力就足以拉断连接钢丝绳，致驳船队散队。
这个概念要从船舶流体阻力出发去理解，驳船之间的连接钢丝绳是为了推船（从前俗称拖头、推轮）推带驳船前进、转弯和靠泊之用的，而船舶在低速度时，基本没有兴波阻力，要使驳船前进只需比克服摩擦阻力大一点的力便可以了，驳船队选择的运行速度比较低，使用的连接钢丝绳比较细就够了。
3 驳船队系缚驳船的方式――驳船之间的力传递
驳船队对撞击桥墩的影响，大致有两个方面：①是驳船队的宽度，影响到通航净宽的选定[7]，②是驳船队对桥墩撞击力的大小，而要决定撞击力的大小就必须弄清楚旁边的驳船是怎样对撞上的驳船传递作用力的。
研究发生撞击时驳船之间力的传递，必须了解驳船之间是如何连接的。驳船有拖带和顶推两种走法，因为顶推的效率比较高，多艘驳船的大编队多用顶推。窄小河流用前拖，一字形编队。单只驳船用前拖和侧面绑拖都可以。两只驳船可以用左右绑拖或前拖。顶推驳船编队常用的有：梭形、燕形和梅花型。如图4所示。
图4 三种常用的顶推驳船编队方式
驳船队中推船与驳船和驳船与驳船之间大多数是用钢丝绳连接的[3]，个别曾用过钢搭扣，现已不多见了。驳船队联接的钢丝绳，按其作用和位置，常用的有8种称呼：①包头缆，②横缆，③拖缆，④ 倒缆，⑤连接缆，⑥尾缆，⑦操纵缆和⑧过江缆。其中“8过江缆”示于图4，其余7种如图5所示。
① 包头缆 ② 横缆 ③ 拖缆 ④ 倒缆 ⑤ 连接缆 ⑥ 尾缆 ⑦ 操纵缆
图5 用钢丝绳联接驳船队的典型例子
钢丝绳是不能传递推力的，凡是受推力的地方钢丝绳是的，它能够传递拉力；每根系结钢丝绳所能传递的最大拉力，是该钢丝绳的破断拉力。前后驳船之间是能够传递推力的，当前面的驳船速度低于后面的驳船时，后面的驳船便通过缓冲垫（通常是橡胶材料制成）给予推力。下面将讨论这两种力的传递。
4 应力波在钢质驳船内的传递――峰值判断
4.1 从冲击动力学理论分析
冲击载荷使构件受载后产生的变形有局域性，即变形和损坏集中在受力区附近。当第一艘驳船受桥墩撞击时（例如桥墩撞击船头）撞击点附近即受载、变形，形成损坏，这时有两个后果：
1）被撞的一艘驳船减慢，其他驳船继续前进，在这一瞬间动作中，其他驳船通过受拉力的钢缆给第一艘驳船加载直至钢缆拉断为止――撞散。这是大多驳船被撞后发生的情况。
2）后面的一艘驳船将两船间的空隙压缩，在惯性力的作用下后一艘船将撞击前一艘船的尾部，这种载荷需要时间，这样与第一艘船撞力产生的峰值便会不同时产生，可能出现第二个撞击峰值。第二艘船压向第一艘船尾部的时候，会引致两船接触部分的损伤（局域性），这儿也会消耗能量。因在第二艘船的头部和第一艘船的尾部存在橡胶垫块，橡胶垫块延长了撞击过程的时间也减低了撞击力，同时也延缓了在接触处的第二次撞击力的时间。
对第一艘驳船与桥之间的撞击力，应考虑两项直接的作用：其一是第一艘驳船的速度、自重和船头刚度等等；其二是通过钢索在撞击瞬间能够加上去的载荷。
4.2 通过钢索在撞击瞬间能够加上去的载荷
由于第一艘船被撞受阻，和其他各船之间产生速度差，使受拉的钢丝绳载荷增加，导致这些钢丝绳拉断，驳船队散开。按照图示的几种绑扎方式，例如实例燕式加边，当撞到21237驳时，有4处钢丝绳受拉，每处两根钢丝绳，共8根。通常用2英寸（即圆周50.8 mm，相当于国标中直径16 mm）：3英寸钢丝绳（即圆周75 mm，直径24 mm），若按GB/T 8918-1996，6×37+FC结构,1 670 MPa强度级的钢丝绳，则其主参数如表1。
这个数量级相当于满载驳船撞击力的20%左右，（在上述实例中，连接钢丝绳被空载驳船拉断，也说明是这个数量级），如果考虑到钢丝绳拉断有先后，这个系数还要折减。粗略地说，首驳撞墩侧驳通过钢丝绳加上去的力，相对当于首驳“船撞力”的20%，因此建议在以后的计算中，用将驳船质量（dpt）乘上一个系数（1.2）的办法处理。
4.2 二次撞击的撞击力叠加的时间差
后一艘驳船撞击前一艘驳船的尾部的二次撞击力为橡胶垫所传递的力，根据试验，橡胶一般在0.1～0.14 s（100 ms～140 ms）左右才能达到峰值；再加上应力波传递的时间：在惯性力的作用下，从第二艘船的中部质心传到第二艘船的船头有半个船长，第一艘船的船尾传到第一艘船的船头，有一个船长，因此与第一次撞击相比，延后了1.5 L/C （L＝一艘驳船的长度，C＝船中的应力波传递速度）。设驳船长L＝100 m，应力波传递速度应算为C＝5000 m/s，所以应力波传递时间为：1.5L/C＝30 ms。 （延后总共130 ms～170 ms）。在船撞力的时程曲线中,过了峰值一百多毫秒（下面讨论用平均值150 ms）后叠加的二次力对峰值影响已经不大了，下面用曲线讨论两个因素对峰值的共同影响。
4.3 峰值判断
以燕式绑结方式（图5不加边）为例，6艘载重量为3 000 t的驳船（在长江现在还有使用）连接成驳船队。总载重量约20 000 t，航速为每秒4 m，最前面的一艘驳船撞墩，该桥墩已装有柔性耗能防撞装置。
在驳船队各次撞击力的叠加的示意图中，撞墩首驳船撞击力时程曲线为0号，两边都有钢丝绳附加值（1.2×2），故乘以1.4，得到1号曲线；约150ms后叠加后面驳船的力得到2号曲线，得到峰值5；再过150 ms后叠加推船的力3号曲线，由于拖船的质量不大，约1000dpt得到峰值6。
4号曲线是载重约25 000 DWT的自航单体货船以每秒4 m的速度撞墩力的时程曲线。可以看出，4号曲线的峰值（约52 MN）远大于驳船撞击力叠加后的峰值。
船队例图和峰值示意图6、图7。
图6 峰值判断图例
图7 驳船队各次撞击力的叠加的示意图
5 对我国桥梁设计规范中桥跨净宽、净高的讨论
我国两个桥梁设计规范中对桥跨的净高有一些规定，对净宽则要求符合JTJ311-97通航海轮桥梁通航标准[10]和GB50139-2004 内河通航标准[9]的规定。
后者对桥跨的宽度主要是考虑驳船队，而且仅考虑了矩形的驳船队。根据现在的发展，驳船队少了，宽度小了，“撞上”的概率就小了。但单艘自航的船大了、快了，船撞力变大；船的上层建筑大了高了，风流压偏角变大----都要求桥跨加宽。船撞因素对桥梁开始阶段的选型，越来越重要。
6 结论
经过研究认为：由于驳船队撞击桥墩的力叠加后的峰值远小于同样载重量的自航货船（或集装箱船）的撞击力的峰值。而且发展的方向是自航的货船取代驳船队。单体货船载重量较大，速度较快，撞击力较大，对船撞墩起决定性的影响。应选择自航货船作为设计防御船撞桥时船撞力的代表船型。
在桥梁设计的开始阶段，考虑桥型、通航宽度和船撞上桥墩的概率时，可对现在仍有的驳船队的宽度加以考虑（虽然船撞力已经不起控制作用）。
7 对美国船撞桥设计指南中关于驳船两则条文的讨论
美国船撞桥设计指南[4]中关于考虑驳船的意见见于3.12节和3.13节。
“3.12驳船对桥墩的撞击力
驳船正面撞击桥墩时，撞击力可以按以下方法计算：
这里：PB=驳船撞击等效静力（千磅），BB=驳船宽度（英尺），aB=驳船船头损坏深度（英尺）”。
指南中，对于4艘以内的运泥驳船队，有计算好的线图。一般的驳船如欲根据船头损坏深度计算驳船对墩的撞击力，则有：
“3.13 驳船船头损坏深度
驳船船头的损坏深度应当按如下公式进行计算：
这里：aB=驳船船头损坏深度（英尺）, KE=驳船撞击能量（千磅-英尺）,
为驳船宽度（英尺）。”
对此，讨论几点：
1）有了驳船宽度并计算出驳船撞击能量之后，代人公式(3.13-1)计算出驳船船头损坏深度，看计算出驳船船头损坏深度是大于还是小于0.34，然后再用公式(3.12-1a)或(3.12-1b)计算出驳船对墩的撞击力。――这种用冲击能去计算冲击力的理念，由于不符合牛顿力学的基本原理(冲击力与物体质量、速度和刚度有关，不是冲击能的单变量函数)，在26年前我国铁路规范[8]的冲击力公式中已经表明，并提出了不同的处理分法。因为撞击力不是冲击能的单变量函数，它还受撞击过程时间(牛顿力学的冲量公式)、撞击系统刚度等因素的影响[5]，怎能用冲击能加一个驳船头的宽度就决定了呢？该协会指南也许对特定种类的驳船有用（不是普适的）。
2）在该协会船撞桥设计的补充指南中，对驳船头被撞深度给予足够重视，我认为可以预防驳船头破损而致的环境受污染，这是很好的。但是，在桥梁设计的开始阶段，桥梁设计人首先关心的是选择桥位和桥型。他们首先想知道在航道中航行的船舶万一撞上时会有多大的力，他选择的桥墩会不会被撞倒，因此必须更直接地求出船撞力（不同型号的驳船有不同的船头刚度，应有不同的船头撞深计算方法）的方法。
3）美国船撞桥设计指南中的实例，选择路易斯安那州新奥尔良附近的一座桥，该地区属于水网地区，宽的窄的河道都有。美国专业人员在这个地区也进行过驳船撞击闸门和驳船撞击水中桩柱（模拟桥墩）的实船试验[5]。有的试验用的是一只驳船，并没有看到关于驳船队的驳船之间力传递的处理办法（处理对象从单只驳船到驳船队必须解决的方法）。
参考文献
[1] 王 孙 长航驳船队"退位" 新船型等待加冕[N]. 中国船舶报 2009-11-20
[2] 史元熹、金允龙等，黄石长江大桥主墩防撞设施设计[C]. 船撞桥论文集,上海:上海海洋钢结构研究所 2000,75-81
[3] 上海河运学校.船舶操纵[M].
[4] 美国各州公路和运输工作者协会(AASHTO):公路桥梁船撞设计指南2009第二版[M]. 上海:上海海洋钢结构研究所.
[5] 倪步友,陈国虞,郑 丹,陈明栋,中、外船撞桥实验评述[J]. 桥梁工程与技术: 2009(6)29-38.
[6] 中华人民共和国铁道部.墩台承受船只或排筏的撞击力TB10002.1-2005 铁路桥涵设计基本规范 4.4.6条[S]. 北京 中国铁道出版社,2005
[7] 中华人民共和国交通部 公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004[S].北京:人民交通出版社,2004
[8] 中华人民共和国铁道部 墩台承受船只或排筏的撞击力 TBJ2-85 铁路工程技术规范 第二篇 3.4.6条[S] 北京.中国铁道出版社,1985
