朔黃鐵路64 m雙線栓焊鋼桁梁強化改造技術研究

2015-03-13 08:44:43羅慧剛

鐵道建筑 2015年9期

關鍵詞：鐵路橋梁

羅慧剛

(朔黃鐵路發展有限責任公司肅寧分公司，河北肅寧 062350)

朔黃鐵路64 m雙線栓焊鋼桁梁強化改造技術研究

羅慧剛

(朔黃鐵路發展有限責任公司肅寧分公司，河北肅寧 062350)

為實現在朔黃鐵路規模化開行2萬 t重載列車，年運量達到4億 t及以上的生產目標，需要對既有鐵路橋涵進行重載適應性評估及強化改造，以確保重載運輸條件下既有橋涵的運營安全。本文對朔黃鐵路64 m雙線栓焊鋼桁梁進行了橋梁狀態檢測，針對鋼桁梁的薄弱環節進行了強化改造技術研究，確定了在主桁桿件翼緣板內側栓接鋼板，在縱梁下翼緣栓接鋼板的加固方案，并實施了強化改造。改造后效果達到預期。

重載鋼橋疲勞加固

根據神華集團“十二五”規劃，神華鐵路加快了包神、神朔、朔黃作為“西煤東運”主通道的擴能建設，通過對既有路網的擴能改造來提升運能，實現朔黃鐵路規模化開行2萬t重載列車、年運量達到4億t及以上的生產目標。而我國鐵路橋涵設計標準適應的運營車型軸重在25 t及以下，若開行軸重在30 t及以上的重載列車，將對既有鋼橋的承載能力和疲勞壽命產生影響［1］。因此為保證大軸重運輸條件下的運營安全，對朔黃鐵路既有64 m雙線栓焊鋼桁梁進行了橋梁狀態檢測及強化改造技術研究，針對薄弱環節確定了加固方案，實施強化改造。

1 橋梁概況

朔黃鐵路64 m雙線栓焊鋼桁梁，位于神池南至肅寧段內，跨京港澳高速公路，橋梁概貌如圖1所示。鋼桁梁桁高11 m，主桁中心距9.732 m，節間長8 m，計算跨度64 m，橋上承載雙線鐵路，按雙線中—活載設計，鋼梁主桁、橋面系、橫聯、上下平縱聯等均采用16 Mnq鋼，主桁上下弦桿截面形狀采用焊接 H形，桿件寬460 mm，高600 mm，最大板厚32 mm，腹桿除E0A1和A3E2采用箱形桿件外，其余均采用H形桿件，豎桿因考慮軸向力和橫聯彎矩的組合作用采用不對稱截面，主桁內側翼板加厚，采用16 mm厚板，外側板厚度為12 mm。橋面系縱、橫梁均為焊接工字形，縱、橫梁為不等高設計，在結構細節的布置上，采用縱、橫梁上翼緣頂齊平，用魚形板聯接，在縱梁下端設三角形隅撐以承受縱梁端支點負彎矩的壓力［2］。

圖1 朔黃鐵路64 m雙線栓焊鋼桁梁橋概貌

2 64 m雙線鋼桁梁狀態檢測

在橋梁重載適應性研究之初，為掌握橋梁目前的運營狀態和服役情況，分別進行了靜、動載試驗。靜載試驗的測試項目主要有:①控制桿件靜應變;②跨中處靜撓度;③活動支座縱向位移。動載試驗主要測試結構的動力系數、振動特征(振幅、頻率、模態振型、阻尼比)等數據。應變測點位置分布如圖2所示。

圖2 應變測點位置分布

靜載試驗列車由1輛 DF4D機車和6輛 C80車輛組成，機車及車輛軸重軸距圖式如圖3所示。靜載試

驗加載工況分別考慮測試桿件軸力最大、縱梁跨中彎矩最大、橫梁跨中彎矩最大及主梁撓度最大等進行單線靜態加載，實際輪位偏差控制在 ±10 cm以內。測試儀器如圖4所示。

圖3 靜載試驗機車及車輛軸重軸距圖式(單位:m)

64 m雙線鋼桁梁在試驗列車荷載作用下，構件測試結果及計算結果對比見表1。可見實測值與理論計算值吻合較好，主要受力構件的截面受力未見削弱現象。

動態測試中，鋼梁橫向一階自振頻率為 2.175 Hz，豎向一階自振頻率為4.075 Hz，跨中橫向振幅最大值為1.550 mm，跨中橫向加速度最大值為 0.535 m/s2，跨中豎向振幅最大值為2.549 mm。

圖4 測試儀器

表1 橋梁主要受力構件靜載測試結果及計算結果對比 MPa

靜、動載試驗結果說明，64 m雙線鋼桁梁在現有運營列車荷載作用下的強度、剛度、穩定性及各項動力性能指標均滿足橋檢規要求［3-4］，并有一定的安全儲備，橋梁現有維護狀況較好。

3 強化改造技術研究

根據前期鐵科院對朔黃鐵路既有64 m雙線鋼桁梁橋的重載適應性研究結果，在軸重30 t重載列車作用下，鋼橋的強度和穩定性基本能夠滿足規范要求，而個別受拉構件及以拉為主的拉—壓構件的疲勞問題較為突出，如斜桿A1E2、局部受力的豎桿、橋面系縱梁及聯接縱橫梁的魚形板，建議對上述構件及聯接進行適當加強。加固改造對象及位置示意如圖5所示。

圖5 加固對象及位置示意

本次強化改造的目的是降低構件的應力幅。考慮到鋼結構對耐久性的要求及實際加固效果，采用的加固方法為在原構件上拼接鋼板或角鋼來增大構件截面積，從而有效降低重載作用下的疲勞應力幅，以保證橋梁使用壽命。

3.1 加固方案研究

主桁桿件的加固方式為:①在H形桿件的翼緣板上加設角鋼［5］;②在H形桿件的翼緣板上加設鋼板。主桁桿件加固方案對比見表2。

縱梁的加固方式為:①在工字形桿件的翼緣板上加設角鋼;②在工字形桿件的翼緣板上加設鋼板。縱梁加固方案對比見表3。

綜合考慮加固效果、現場施工難度、施工過程不能中斷運營等多方面因素，最終采用在主桁桿件翼緣板內側栓接鋼板的方法對主桁桿件進行加固，在縱梁下翼緣栓接鋼板的方法對縱梁進行加固。魚形板位于縱、橫梁聯接處，承受拉應力較大，為降低重載列車作用下此處的疲勞拉應力，建議將原魚形板更換為規格更大的鋼板。

3.2 強化改造實施效果

根據加固方案對64 m雙線鋼桁梁進行了加固改造施工，歷時2個月，未對線路的正常運營產生任何影響。同時施工中為保證結構安全和加固效果，分別對橋面線形、部分構件應力和節點位移進行了實時監測。監測結果顯示，加固過程中各主桁節點位移沒有錯動現象，橋面線形及構件受力正常，加固板件與原構件共同受力，且加固后縱梁應力減小35%，加固效果達到預期。縱梁應變測點布置如圖6所示，縱梁下翼緣加固前后應變測試結果見表4。