神朔線朱家川9號大橋運營性能試驗分析

張 智 榮

(中國神華神朔鐵路分公司河東運輸段，山西 忻州 036200)

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神朔線朱家川9號大橋運營性能試驗分析

張 智 榮

(中國神華神朔鐵路分公司河東運輸段，山西 忻州 036200)

以神朔線圖號為專橋2059的32 m簡支梁橋為研究對象，通過測試列車動力振動特性，判斷了該橋當前的實際工作狀態，結果表明，橋梁上部結構振動特性均在規范規定范圍內，3號橋墩墩頂橫向振幅值略大于規范規定的通常值，說明該橋基本能夠滿足目前的運輸需求，但是在開行較大軸重貨車時建議進行加固處理。

重載鐵路，梁體，橋墩，振動特性

鐵路重載運輸具有運能大、效率高、運輸成本低等優勢，是大宗貨物最為經濟有效的運輸方式。我國客運專線鐵路網建成后，鐵路運輸的客貨分流成為必然趨勢，為我國鐵路重載運輸提供必要的前提條件。提高貨車軸重、降低運輸成本、提高經濟效益是提高鐵路重載運輸效率的重要措施之一[1,2]。早在20世紀60年代，美國重載貨車軸重已達到25 t，隨后上升至30 t；20世紀90年代，北美開始研制軸重35 t～37 t的大型貨車，運輸效率極為顯著。我國鐵路貨車的最大軸重為25 t，發展30 t及以上軸重貨車重載運輸是神朔鐵路貨運發展的主要方向之一[3]。

神朔鐵路常用跨度橋梁以分片式簡支T梁為主。經統計，全線共計1 561孔預應力混凝土梁，占常用跨度橋梁總數的97.6%，圖號為2059的簡支梁橋占總橋梁數的1.3%。神朔鐵路橋梁自建成通車以來，主力運營車型為C64K，C70A和C80，軸重分別為21 t，23 t和25 t；計劃開行的重載車型為C96，KM96，軸重為30 t。

根據我國鐵路重載運輸發展的迫切需求，開展預應力混凝土簡支梁的重載技術研究，為我國既有鐵路開行30 t及以上軸重貨車重載運輸提供技術支撐，對促進我國鐵路重載運輸的發展具有重要意義[4]。

1 工程概況

1.1 專橋2059梁

專橋2059圖號梁的主要設計依據是《鐵路橋涵設計規范》。設計荷載為“中—活載”。其中專橋2059A,專橋2059B的主要設計參數有梁長32.6 m，梁高2.5 m，主梁中心距1.8 m，上翼緣寬3.9 m，混凝土標號500號(略低于現在強度等級C50)，每片梁質量約3.28 t/m[5]。

1.2 橋梁概述

神朔線165號(朱家川9號)大橋，中心里程K116+365，位于保德—王家寨間，雙線橋，橋全長337.4 m，孔跨式樣為10孔跨度32 m預應力混凝土梁，梁定型圖號為專橋2059，設計荷載為“中—活載”，1994年建成。輕、重車線梁體分開，府谷方橋臺為雙線埋式橋臺，朔方橋臺為雙線混凝土耳墻式橋臺，1,3,7,8,9號橋墩為雙線圓端形實體墩，定型圖號叁橋4027，2,4,5,6號橋墩為雙線圓端形空心墩，定型圖號壹橋4221。支座為高0.49 m的搖軸支座，支座固定端位于府谷端。混凝土沉井基礎及混凝土擴大基礎，1,8號墩基礎為挖孔樁基礎，橋上曲線半徑500 m，橋上線路坡度-11.1‰，基底土質為砂巖、頁巖。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。橋梁概貌如圖1所示。

1.3 試驗情況

通過測試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、活動支座位移，測試橋墩頂橫向及豎向振幅等參數，判斷該橋當前的實際工作狀態。

165號橋動載試驗測點布置如圖2所示。

2 梁體測試結果分析

2.1 梁體振幅特性分析

1)梁跨中橫向振幅分析。

重車線第2孔梁跨中橫向振幅與行車速度的關系如圖3所示。列車通過時重車線第2孔梁跨中橫向振幅最大值為2.249 mm，為C64K列車通過時產生，相應列車速度57.4 km/h。

在列車作用下，實測重車線第2孔梁跨中橫向振幅值與行車速度無明顯的關系。

重車線第3孔梁跨中橫向振幅與行車速度的關系如圖4所示。列車通過時重車線第3孔梁跨中橫向振幅最大值為1.723 mm，為會車時產生，會車情況為輕重車均為C64K貨車，輕車速度64.3 km/h，重車速度58.5 km/h。

在列車作用下，實測重車線第3孔梁跨中橫向振幅值與行車速度無明顯的關系。

按照《鐵路橋梁檢定規范》[6](以下簡稱《橋檢規》)規定，貨列重車(v≤80 km/h)實測跨中橫向振幅通常值為L/7.0B(B為支座中心距)，重車橫向振幅通常值為2.54 mm。實測重車線梁跨中橫向振幅最大值為2.249 mm，不超過《橋檢規》通常值的規定。

2)梁跨中豎向振幅分析。

重車線第2孔梁跨中豎向振幅最大值為1.211 mm，為會車時產生，會車情況為兩線均為C64K貨車，輕車速度64.3 km/h，重車速度58.5 km/h。重車線第3孔梁跨中豎向振幅最大值為1.304 mm，為C64K列車通過時產生，相應列車速度57.4 km/h。

《橋檢規》對梁跨中豎向振幅沒有具體規定，可以參考其他同類型橋梁的經驗值，本橋梁跨中最大豎向振幅為1.304 mm，從以往測試經驗可知，本橋豎向振幅正常。

2.2 梁體振動加速度特性分析

1)橫向加速度。

重車線第2孔梁跨中橫向加速度與行車速度的關系如圖5所示。列車通過時重車線第2孔梁跨中橫向加速度最大值為0.678 m/s2，為C80(輕車，55.7 km/h)與C70A(重車，57.3 km/h)會車時產生。

重車線第3孔梁跨中橫向加速度與行車速度的關系如圖6所示。列車通過時重車線第3孔梁跨中橫向加速度最大值為0.424 m/s2，為C80列車通過時產生，相應列車速度62.6 km/h。

2)豎向加速度。

重車線第2孔梁跨中豎向振動加速度最大值為0.996 m/s2，為C64K貨車以速度65.4 km/h通過時產生；重車線第3孔梁跨中豎向振動加速度最大值為0.806 m/s2，為C64K貨車以速度60.4 km/h通過時產生。

參照《鐵路橋隧建筑物修理規則》，提速160 km/h有碴橋梁豎向振動加速度應不超過3.5 m/s2。本橋重車線梁跨中豎向振動加速度最大值為0.996 m/s2，滿足要求。

3 橋墩振動特性分析

3.1 墩頂橫向振幅

在運營列車作用下，2號、3號、4號墩墩頂實測橫向振幅統計結果見表1。

表1 墩頂橫向振幅測試統計

2號墩為空心墩，墩高41 m，墩身橫向平均寬度為7.064 m，擴大基礎。3號墩為實體墩，墩高31.9 m，墩身橫向平均寬度為7.11 m，沉井基礎。4號墩為空心墩，墩高50 m，墩身橫向平均寬度為7.106 m，沉井基礎。

輕車線列車通過時，2號墩頂橫向振幅最大值為0.251 mm，重車線列車通過時，2號墩頂橫向振幅最大值為1.798 mm；輕車線列車通過時，3號墩頂橫向振幅最大值為0.356 mm，重車線列車通過時，3號墩頂橫向振幅最大值為1.635 mm，第二大值為1.423 mm。輕車線列車通過時，4號墩頂橫向振幅最大值為0.559 mm；重車線列車通過時，4號墩頂橫向振幅最大值為1.523 mm。可以看出重車線列車通過時的墩頂橫向振幅要遠大于輕車線列車通過時的振幅值，并且橫向振幅大小不隨車輛軸重及列車速度增大而增大。

根據《橋檢規》10.0.7規定，混凝土墩身中高墩擴大基礎和沉井基礎墩頂橫向振幅限值由式(1)求得：

(1)

其中，H1為墩高(自基頂或樁承臺頂至墩頂),m;B為墩身橫向平均寬度,m。

表2給出了墩頂橫向振幅最大值和《橋檢規》中規定的通常值。可以看出2號墩及4號墩墩頂橫向位移值不大于規范規定的通常值，而3號墩墩頂橫向位移值略大于規定的通常值。為了開行30 t軸重貨車的需要，建議對3號橋墩進行加固處理。

表2 墩頂橫向振幅值對比 mm

3.2 墩頂豎向振幅

在運營列車作用下，2號、3號、4號墩墩頂實測豎向振幅統計結果見表3。

由表3可知，輕車線列車通過時，2號墩頂、3號墩頂、4號墩頂豎向振幅最大值分別為0.027 mm,0.024 mm,0.021 mm，重車線列車通過時，2號墩頂、3號墩頂、4號墩頂豎向振幅最大值分別為0.119 mm,0.042 mm,0.031 mm，豎向振幅值均很小。可以看出重車列車通過時的墩頂豎向振幅平均值明顯要大于輕車列車通過時的豎向振幅平均值。雖然《橋檢規》沒有對橋墩頂豎向振幅作出具體規定，但是在開行30 t軸重列車時要對墩頂的豎向振幅做相應的檢算。

表3 墩頂豎向振幅測試統計

3.3 橋墩橫向自振頻率

通過分析2,3,4號墩頂余振波型，得到2,3,4號墩橫向自振頻率分別為2.285 Hz,2.070 Hz,1.582 Hz。按照《橋檢規》及墩身尺寸計算，2,3,4號墩橫向自振頻率通常值分別為1.556 Hz,2.006 Hz,1.271 Hz，實測橫向自振頻率均大于《橋檢規》通常值，均滿足要求。

4 結論

本文以32 m跨度預應力混凝土簡支梁(專橋2059)為研究對象，對神朔鐵路朱家川9號橋進行了動力振動測試，為下一步開行30 t軸重貨車積累技術數據，得到結論如下：

1)梁體跨中橫向振幅、豎向振幅、橫向加速度以及豎向加速度等指標均在規范規定的限值之內，跨中橫向振幅、橫向加速度以及豎向加速度與列車速度、車輛軸重、會車與否等并無較為顯著的關系，而跨中豎向振幅隨著行車速度的增加逐漸增大，在開行較大軸重列車、行車速度提高的情況下需要對橋梁跨撓比進行檢算。

2)重車線墩頂橫向振幅要遠大于輕車線墩頂橫向振幅；3號墩墩頂橫向位移值略大于規定的通常值，為滿足開行30 t軸重列車的需要，建議對3號墩橋墩進行加固處理。

3)對于目前運營當中的設計圖號為專橋2059梁的橋梁，考慮其遠期運營條件和近期使用安全，建議在對其全面檢測的基礎上進行加固處理。

[1] 龍衛國.既有重載鐵路橋梁提高軸重適應性研究[D].長沙:中南大學,2013.

[2] 葛俊穎.橋梁工程(上)[M].北京：中國鐵道出版社,2010.

[3] 胡所亭,牛 斌,柯在田.我國既有鐵路橋涵對大軸重貨車開行適應性分析[J].鐵道建筑,2013(3):1-4.

[4] 李峰幟.朔黃鐵路慈河特大橋運營性能評估試驗研究[J].城市道橋與防洪,2014(7):183-187.

[5] 劉 楠,孫 弋,許建平.圖號為專橋2059的簡支梁橋受迫振動試驗分析[J].鐵道建筑,2010(2):9-10.

[6] 鐵運函[2004]120號,鐵路橋梁檢定規范[S].

The test and analysis on operation performance of Zhu Jiachuan No.9 bridge of Shenshuo line

Zhang Zhirong

(HedongTransportSection,ChinaShenhuaShenshuoRailwayBranch,Xinzhou036200,China)

Taking the 32 m simple supported girder bridge of Shenshuo line drawing number for special 2059 as the research object, through testing the vibration characteristics of train power, determined the actual working state of the bridge, the results showed that the vibration characteristics of bridge superstructure within specification scope, the lateral amplitude value of No.3 pier top slightly larger than the standard value, the bridge could meet the transportation demand, but suggested that the reinforcement treatment in the opening line of large truck axle.

heavy haul railway, girder, pier, vibration characteristic

1009-6825(2017)15-0173-03

2017-03-12

張智榮(1975- )，男，助理工程師

U446

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