神朔線163號橋運營性能評估試驗研究

韓 治 平

(中國神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運輸段，山西 忻州 036200)

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神朔線163號橋運營性能評估試驗研究

韓 治 平

(中國神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運輸段，山西 忻州 036200)

以神朔鐵路線K113+704 163號橋為主要研究對象，通過試驗，測試了列車作用下梁體跨中振幅、振動加速度以及動撓度、撓度動力系數(shù)、活動支座位移等參數(shù)，判斷了該橋當(dāng)前的實際工作狀態(tài)，為下一步開行軸重25 t機車三機牽引重載列車提供了技術(shù)數(shù)據(jù)。

重載鐵路，橋梁，振動加速度，支座，振幅

隨著我國重載鐵路的發(fā)展，有的許多重載橋梁逐漸進入了養(yǎng)護維修階段，橋梁管理者對橋梁的養(yǎng)護已日益重視。通過對橋梁的全面檢測，積累技術(shù)資料，系統(tǒng)地收集當(dāng)前橋梁技術(shù)數(shù)據(jù)，為加強橋梁科學(xué)管理、充實橋梁數(shù)據(jù)庫和提高橋梁技術(shù)水平提供必要條件；通過合理設(shè)計檢測的方法，輔以布設(shè)長期監(jiān)測設(shè)備，逐步建立橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，為橋梁長期安全運營，以及發(fā)揮其最佳經(jīng)濟效益和社會效益奠定基礎(chǔ)[1,2]。重載鐵路橋梁下部結(jié)構(gòu)在使用期間不僅承受通行列車的動力荷載，還承受著車船撞擊、洪水沖刷、地下水對材料的侵蝕，以及突發(fā)地震等外界作用。因此容易出現(xiàn)各種各樣的病害，上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的主要問題是梁體振動過大、梁體裂紋、橫向或豎向剛度不足等原因；下部結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)基礎(chǔ)約束弱化和墩身劣化病害，從而降低其剛度，影響運營安全性。若橋梁發(fā)生病害，如結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或風(fēng)化、基礎(chǔ)沖刷、局部斷裂、基礎(chǔ)與地基接觸產(chǎn)生了松弛或裂隙等，其振幅和自振頻率等振動參數(shù)必然會發(fā)生改變。因為橋梁的振動特性可以反映其工作狀態(tài)，因此研究者十分重視橋梁振動特性的測試和分析，并取得了大量的研究成果[3-5]。本文通過試驗，對列車作用下梁體跨中橫向振幅、豎向振幅、橫向振動加速度、豎向振動加速度以及動撓度、撓度動力系數(shù)、活動支座位移、橋臺橫豎向振幅等參數(shù)進行測試。

1 測試橋梁概況

神朔線163號橋，中心里程K113+704，位于保德—王家寨間，橋全長19.42 m，孔跨式樣為1孔跨度12 m鋼筋混凝土梁，梁定型圖號為專橋(88)1023，設(shè)計活載為中—活載。輕、重車線梁體分開，雙線混凝土耳墻式橋臺，橋臺定型圖號為叁橋4028，支座固定端位于神木端，片石混凝土擴大基礎(chǔ)，橋臺基底置于砂巖地層上。橋位于半徑450 m曲線上，上行線為重車線，無縫線路，鋼軌型號為75 kg/m，Ⅲ型軌枕；下行為輕車線，無縫線路，鋼軌型號為60 kg/m，Ⅱ型軌枕。此外該橋自開通運行至今，沒有進行過任何檢測評估工作。橋梁概貌如圖1所示。

2 試驗內(nèi)容

2.1 測試內(nèi)容及測點統(tǒng)計

對163號橋跨度12 m鋼筋混凝土梁、橋臺進行動載試驗，測試內(nèi)容如表1所示。

表1 163號橋12 m鋼筋混凝土梁橋動載試驗測試內(nèi)容

2.2 測點布置

163號橋動載試驗測點布置如圖2所示。

3 橋梁結(jié)構(gòu)評估結(jié)果

運營重載列車的機車主要為SS4改進型電力機車，貨車主要為C64型號、C70型號和C80型號的運煤敞車，3種車的軸重分別為21 t,23 t和25 t,列車有5 000 t和10 000 t兩種編組方式。

測試了該橋上行重車線在重載列車下的振幅、應(yīng)變和撓度等動力響應(yīng)，并與規(guī)范值進行了比較。

3.1 梁體撓度及動力系數(shù)分析

《鐵路橋梁檢定規(guī)范》[6](以下簡稱《橋檢規(guī)》)規(guī)定，列車靜活載(換算至中—活載)作用時，鋼筋混凝土梁豎向撓跨比通常值為1/4 000。實測重車線梁跨中豎向撓度最大值為1.271 mm，相應(yīng)動力系數(shù)為1.08。經(jīng)計算，C80貨車滿載在跨度12 m梁上作用的活載系數(shù)為0.838，換算至中活載(靜活載)，其撓度為1.404 mm，撓跨比為1/8 547，小于《橋檢規(guī)》豎向撓跨比1/4 000，滿足要求。

橋梁動力系數(shù)是綜合反映橋梁結(jié)構(gòu)的動力性能、橋面的平整度、車輛的動力特性以及車速等因素影響的重要參數(shù)。動力系數(shù)按《橋檢規(guī)》公式(4.0.9-3)計算：

(1)

其中，α=4×(1-h)≤2；h為頂上填土厚度；L以m計。

除承受局部活載的桿件為影響線加載長度外，其余均為橋梁跨度。該橋跨度12 m梁1+μ=1.286，實測最大動力系數(shù)1.26(輕車線)，不超過《橋檢規(guī)》理論計算值。

3.2 梁跨中橫向振幅及豎向振幅

鐵路橋梁應(yīng)有足夠的橫向剛度，以保證列車通過時，橋梁結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)激烈振動，防止車輪脫軌。本次檢測對上行重車線本線列車通過時梁跨中橫向振幅、會車時上行重車線梁跨中橫向振幅、下行輕車線本線列車通過時梁跨中橫向振幅、會車時下行輕車線梁跨中橫向振幅四種工況進行測試。對上行重車、會車的豎向振幅進行測試。

在運營列車作用下，跨中實測橫向振幅、跨中豎向振幅統(tǒng)計結(jié)果如表2所示，會車作用下跨中橫豎向振幅如圖3～圖5所示。

表2 跨中橫豎向振幅統(tǒng)計表 mm

從表2和圖3～圖5中可以看出：

實測重車上行線梁跨中橫向振幅較小。剔除異常值后橫向振幅最大值為0.211 mm，為C64K貨車在速度58.4 km/h時產(chǎn)生。在各種列車作用下，梁體跨中橫向振幅與行車速度均無明顯關(guān)系。實測重車上行線跨中豎向振幅最大值為0.428 mm，為C80貨車在速度38.2 km/h時產(chǎn)生。

會車重車線梁跨中橫向振幅最大值為0.224 mm，會車情況為輕車C80貨車，速度57.3 km/h，重車C64K貨車，速度57.2 km/h。

會車輕車線梁跨中橫向振幅最大值為0.433 mm，對應(yīng)會車情況為輕車C64K貨車，速度37.7 km/h，重車C80貨車，速度52.3 km/h。

會車重車線梁跨中豎向振幅最大值為0.402 mm，會車情況為輕車線C64K貨車，輕車速度47.3 km/h，重車線C80貨車，重車速度53.7 km/h。

3.3 梁跨中橫向振動加速度及豎向振動加速度

1)梁跨中橫向振動加速度。

會車時重車線梁跨中橫向振動加速度最大值為0.556 m/s2，輕車線為C64K貨車，速度47.3 km/h，重車線為C80貨車，速度53.7 km/h。

測得重車線梁跨中橫向振動加速度最大值為0.657 m/s2，為C80貨車以速度51.3 km/h通過時產(chǎn)生。

測得輕車線梁跨中橫向振動加速度最大值為0.961 m/s2，為會車時產(chǎn)生，輕重車均為C70A貨車，輕車速度58.7 km/h，重車速度55.7 km/h。

2)梁跨中豎向振動加速度。

測得重車線梁跨中豎向振動加速度最大值為0.775 m/s2，為C64K貨車以速度48.8 km/h通過時產(chǎn)生，如圖6所示。

會車時重車線梁跨中豎向振動加速度最大值為0.661 m/s2，輕車線為C80貨車，速度57.3 km/h，重車線為C64K貨車，速度57.2 km/h。

參照文獻[6]，提速160 km/h有碴橋梁豎向振動加速度應(yīng)不超過3.5 m/s2。本橋重車線梁跨中豎向振動加速度最大值為0.775 m/s2，滿足要求。

3.4 橋梁活動支座位移

會車時，輕車線活動支座縱向位移最大值為0.098 mm，本線列車通過時，輕車線活動支座縱向位移最大值為0.109 mm。

會車時，重車線活動支座縱向位移最大值為0.062 mm，本線列車通過時，重車線活動支座縱向位移最大值為0.089 mm。重車線活動支座正常。

按照定型圖專橋(88)1023分析計算，該梁最小承載系數(shù)為1.274。

3.5 橋梁偏心分析

《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》(鐵運[2010]38號)規(guī)定，第3.1.2條，“橋上線路中線與梁跨設(shè)計中線的偏差，鋼梁不應(yīng)大于50 mm，圬工梁不應(yīng)大于70 mm，行車速度大于120 km/h區(qū)段，鋼梁、圬工梁均不應(yīng)大于50 mm。超過偏差限值時應(yīng)進行檢算，如影響承載能力(即K<1)或侵入限界時，必須進行調(diào)整。”

本橋?qū)崪y線橋偏心如表3,表4所示。

表3 上行重車線橋梁偏心值

表4 下行輕車線橋梁偏心值

該橋上下行橋上線路與理論布置的偏差均超出70 mm，需要檢算梁跨承載能力，檢算結(jié)果如表5所示。

目前橋上曲線線路偏心均為偏向下股，為使兩片梁受力均衡，嚴(yán)禁繼續(xù)向下股撥道，有條件時應(yīng)向上股適量撥道。

4 結(jié)論及建議

表5 橋梁承載系數(shù)檢算結(jié)果

4.1 結(jié)論

1)在C80重車作用下，實測梁跨中撓度值最大，最大值為1.271 mm，換算至中—活載(靜活載)撓度值為1.404 mm，撓跨比為1/8 547，小于《橋檢規(guī)》豎向撓跨比1/4 000的規(guī)定，滿足要求。實測最大動力系數(shù)1.26，不超過《橋檢規(guī)》理論計算值1.286。

2)本橋跨度12 m鋼筋混凝土梁跨中橫向振幅安全限值為1.333 mm，重車線梁及輕車線梁，在本線列車通過及會車時，跨中橫向振幅最大值分別為0.224 mm,0.488 mm，均不超過《橋檢規(guī)》安全限值的規(guī)定。

3)實測跨中最大豎向振幅0.428 mm，為C80重車過橋時產(chǎn)生。

4)重車線梁跨中橫向振動加速度最大值為0.657 m/s2，輕車線梁跨中橫向振動加速度最大值為0.961 m/s2，均小于《橋檢規(guī)》規(guī)定1.4 m/s2。

5)本橋重車線梁跨中豎向振動加速度最大值為0.775 m/s2，參照《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》，提速160 km/h有碴橋梁豎向振動加速度應(yīng)不超過3.5 m/s2，滿足要求。

6)輕車線活動支座縱向位移最大值為0.109 mm，重車線活動支座縱向位移最大值為0.089 mm。輕、重車線活動支座均正常。

7)橋梁最小承載系數(shù)1.274。下行輕車線及上行重車線線橋偏心超過《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》的規(guī)定。經(jīng)檢算，上行及下行橋梁偏心折減后承載系數(shù)分別為1.071,1.108，承載能力可滿足中—活載。

4.2 建議

1)上下行橋上線路與理論布置的偏差均超出70 mm，均為偏向下股，為使兩片梁受力均衡，嚴(yán)禁繼續(xù)向下股撥道，有條件時應(yīng)向上股適量撥道。

2)承載系數(shù)偏心折減后1.071，滿足中—活載。重載列車若超過中—活載，應(yīng)重新檢算承載能力，并進行動載性能測試。

[1] 楊心怡,劉吉元,蘇永華,等.鐵路重載運輸條件下蓋板涵加固技術(shù)[J].鐵道建筑,2015(10):73-75.

[2] 王 巍,姚京川,劉鵬輝，等.我國高速鐵路橋梁動態(tài)測試技術(shù)的新進展[J].中國鐵路,2013(2):48-51.

[3] 劉壽山.朔黃重載鐵路橋梁病害分析及維管對策研究[J].國防交通工程與技術(shù),2015(S1):13-15.

[4] 王立軍,張千里,趙洪勇，等.重載鐵路路基病害及對策[J].鐵道建筑,2005(7):67-68.

[5] 宋緒國,葉朝良,蘇 達.朔黃重載鐵路路基病害的分類及其成災(zāi)機理研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報,2013,26(1):61-66.

[6] 鐵運函[2004]120號,鐵路橋梁檢定規(guī)范[S].

The test research on operation performance evaluation of No.163 bridge of Shenshuo line

Han Zhiping

(HedongTransportSection,ChinaShenhuaShenshuoRailwayBranch,Xinzhou036200,China)

Taking Shenshuo railway line K113+704 No.163 bridge as the main research object, through the test, this paper test the beam mid-span amplitude, vibration acceleration and dynamic deflection, deflection dynamic coefficient, movable bearing displacement and other parameters under train action, determined the current actual working state of the bridge, provided technical data for future operation of axle weight 25 t Level 3 traction heavy haul train.

heavy haul railway, bridge, vibration acceleration, bearing, amplitude

1009-6825(2017)14-0186-03

2017-03-09

韓治平(1974- )，男，助理工程師

U446

A