1-64 m客貨共線鋼桁架橋荷載試驗及數據分析

臧 洪 敏

(山東省路橋集團有限公司，山東 濟南 250021)

1-64 m客貨共線鋼桁架橋荷載試驗及數據分析

臧 洪 敏

(山東省路橋集團有限公司，山東 濟南 250021)

對某1-64 m客貨共線鋼桁架梁橋進行了荷載試驗及數據分析研究，提出了該橋荷載的試驗方法，并進行了該橋靜動載試驗研究，通過計算模擬分析了最不利荷載作用下該橋的受力響應，得出該試驗橋梁的受力性能和正常使用狀態承載能力滿足設計荷載等級要求的結論。

鋼桁架橋，荷載試驗，不利荷載，受力分析

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，鐵路交通在國民經濟中的作用和地位也愈來愈顯著地為人們所重視。鋼桁架橋作為鐵路交通路線中的主要的橋梁結構形式，是鐵路交通運輸的咽喉。而對客貨共線鋼桁架橋梁的承載能力進行準確的評定是評價橋梁的關鍵，而且也是一項復雜又困難的工作。目前國內較成熟的評定方法為橋梁荷載試驗。通過荷載試驗及數據的分析，評定該橋是否能夠滿足設計及使用要求，已被大多數檢測工程師所認可。

1 依托工程概況

某1-64 m客貨共線鋼桁架梁橋為整體節點三角形腹桿體系下承式道砟橋面鋼桁梁。單片鋼桁梁總重402.67 t，總長65.1 m，計算跨度64.0 m，主桁節間長8.0 m，桁寬8.4 m，主桁高度11.5 m。橋面板寬4.9 m。設計速度為：客車設計速度不大于160 km/h，貨車設計速度不大于120 km/h(轉8A貨車80 km/h)。

主桁上、下弦桿截面均采用焊接箱形斷面。上弦桿截面形式為□形，下弦桿截面形式為□形，腹桿截面形式為□形和H形。主桁節點采用整體節點形式，主桁上、下弦桿內寬為50 cm，豎板高度分別為54 cm和52 cm，腹桿除端斜桿采用對接形式四面拼接外，其余采用插入式與主桁整體節點連接。橋梁全貌見圖1。

2 試驗目的

通過靜載試驗，測定橋梁結構靜力效應(靜應變、靜撓度等)下的結構安全性，檢驗橋梁受力性能和承載力是否達到設計及規范要求，檢驗鋼桁架橋的施工質量，驗證設計的合理性，為列車安全過橋提供技術保障。通過動載試驗，測定橋梁結構的動力系數、振動特征值，據以判斷結構在動載作用下的工作狀態，從而進一步判斷結構總體剛度是否滿足設計要求。

3 試驗依據

1)鐵路橋梁鑒定規范(鐵運函[2004]120號)；

2)TB 10002.1—2005鐵路橋涵設計基本規范；

3)TB 10002.2—2005鐵路橋梁鋼結構設計規范；

4)GB 5599—85鐵道車輛動力學性能評定和試驗鑒定規范；

5)GB 50111—2006鐵路工程抗震設計規范；

6)TB 10212—2009鐵路橋梁制造規范；

7)TB 10002.3—2005鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范。

4 主要檢測儀器及設備

主要檢測儀器及設備見表1。

表1 主要檢測儀器及設備一覽表

5 靜載試驗測點布置及加載

根據《鐵路橋涵設計基本規范》的有關規定，選取列車荷載作用下上部結構內力最不利截面作為本次靜載試驗的主要測試截面，通過對上部結構的計算分析確定跨中截面為撓度測試截面，跨中、1/4跨處截面為應變測試截面。

5.1 應變測點

應變測點沿縱向布置于跨中斜腹桿、跨中下弦桿、跨中豎桿、跨中錨固區、1/4跨斜腹桿、1/4跨下弦桿、1/4跨豎桿、1/4跨錨固區、端斜腹桿，共布置9個應變測試點。應變及撓度布置圖如圖2所示。

5.2 撓度測點

采用精密水準儀觀測結構豎向變位。沿縱橋向布置于跨中A4-E4斷面。撓度橫斷面布置如圖2所示。

5.3 試驗荷載

根據該橋實際運營情況，本次試驗荷載采用機車加載，總重量138 t，均勻分布到六軸上，軸間距如圖3所示。加載機車根據最不利荷載布置要求，布置于跨中位置。

5.4 試驗工況

根據計算靜載試驗工況如下：

順橋向按跨中A4-E4截面最不利位置布載。機車加載布置見圖4。

1)試驗前，封閉交通并按照試驗方案標記加載車輛位置；2)根據試驗方案放樣布置應變及撓度測點。應變測點布片前應先對測點位置打磨并清洗干凈，粘貼應變片后做防潮處理。每一斷面處布設溫度補償應變片，從而排除測試過程中的大氣溫度變化帶來的影響；3)連接測試儀器及傳感器導線，并聯機調試儀器，確保電路暢通，應變測試系統及水準儀處于良好的工作狀態；4)按照試驗方案進行加載。

6 動載測試斷面布設及加載形式

為獲得橋梁結構的模態及頻率等動態參數，在橋的主桁梁的兩端及1/4，1/2，3/4梁跨處分別布設豎向和橫向拾振器，采集動態參數。

1)脈動試驗。結構在無任何交通荷載作用的情況下，通過動態測試系統測定結構在外界各種因素如：風荷載、地脈動荷載影響下不規則的微小振動響應，從而測得結構的自振頻率、振型。

2)行車試驗。試驗時138 t列車以車速40 km/h勻速通過橋跨結構，通過動態測試系統測定結構在跑車荷載作用下的振動響應，從而測試截面處測得結構的自振頻率、振型。

7 試驗數據分析

1)撓度分析。

撓度試驗測量值和理論計算值的比較見表2。

表2 138 t列車跨中加載撓度對比(靜載工況)

2)應變分析。

靜載工況應變測量值與理論計算值比較見表3。

表3 138 t列車跨中加載應變對比(靜載工況)

3)自振頻率及振型。

a.理論計算值。

理論計算采用MIDAS/Civil計算軟件建立有限元模型，前三階橋跨結構豎向彎曲振動的固有頻率及振型見圖5～圖7;

b.實測值。

試驗荷載下，上部結構實測頻率值，見表4。

表4 自振頻率的試驗值和計算值比較

由表4可知，實測頻率較理論值大，說明結構整體動剛度較好。

8 靜動載試驗小結

1)靜載試驗撓度結果表明。

在試驗列車荷載作用下，主梁跨中截面撓度實測值小于理論計算值，撓度校驗系數小于1.0，結構剛度滿足要求；主梁跨中截面撓度相對殘余變形均在20%以內，滿足現行規范要求，結構處于彈性工作狀態；

2)靜載試驗應變結果表明。

在試驗列車荷載作用下，主梁各測試截面應力值均小于理論計算值，應力校驗系數小于1.0，結構強度滿足要求；

3)結構實測三階基頻均略大于理論計算值，實際剛度大于理論計算剛度，結構具有較好的整體性。

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[6] 賀拴海.橋梁結構理論與計算方法[M].北京：人民交通出版社，2003.

On loading tests for 1-64 m passenger and freight line steel truss bridge and data analysis

Zang Hongmin

(ShandongRoadandBridgeGroupCo.,Ltd,Jinan250021,China)

The paper undertakes the loading test and data analysis research on 1-64 m passenger and freight line steel truss bridge, points out the loading test methods for the bridge, has the dynamic and static loading tests, analyzes the stressed response of the bridge under the most unfavorable loading role according to the calculation simulation, and concludes the stress performance and loading capacity of the normal use status of the test can meet the design loading grading demands.

steel truss bridge, loading test, unfavorable test, stress analysis

1009-6825(2015)02-0163-03

2014-11-05

臧洪敏(1974- )，男，高級工程師

U441.2

A