既有鐵路鋼板梁橋承載能力檢測與評估

程英鴿 梁騰飛 賀園園

摘 要：為保證現有鐵路舊橋梁運行的安全，需要定期的對其承載能力以及實際的工作情況進行全面檢測。本文以清綠支線黑河2#鋼板梁橋為例，對其進行了外觀檢查、墩臺強度檢測、靜載試驗及動載試驗，闡述了鋼板梁橋全面檢測的內容與方法;根據實際得到的檢測結果，對該鋼板梁橋自身的實際工作狀況進行了評估，對其后期的維修及加固工作提供依據。

關鍵詞：鋼板梁橋;承載能力;檢測;動載試驗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.075

0 前言

橋梁是鐵道線路的咽喉，對保證鐵路運輸的暢通與安全具有重要的意義，目前為止，我國擁有鐵路橋梁數量超過20萬座。伴隨著橋梁服役年限的增長、線路的提速、載荷的增加等因素，既有鐵路橋梁的工作狀態會出現下滑，會產生各種病害導致承載能力下降，這些問題都和結構安全息息相關。因此對既有橋梁的承載能力進行監測、對其服役狀態進行評估，是線路運營中必須重視的一個問題[1-2]。本文以清綠支線黑河2#鋼板梁橋為例，對其健康狀態進行全面檢測評估，希望能對其他類似橋型提供參考和借鑒。

1 橋梁概況

清綠支線黑河2#橋位于線路里程k191+068處，為直線鋼板梁橋，由6孔24米的上承式鋼板梁構成，梁高1.92m，主梁中心距2m，設計荷載等級為中—22級，建成于上世紀60年代，已運行五十多年，為保證橋梁及整個線路的運營安全，需對其進行全面的承載能力檢測，為該橋維修及加固提供依據。

2 試驗方案

2.1 測試內容

該鋼板梁橋的檢測既包括墩臺混凝土強度檢測、橋梁外觀檢查，又包括對該橋進行的靜載及動載試驗，以期對全橋的工作狀態進行全面完整的評價。

2.1.1 墩臺混凝土強度檢測

混凝土實際強度，是決定承載等級的關鍵參數，同時也是試驗成果分析所必需，由于混凝土的抗壓強度受其表面碳化程度的影響比較大，且該橋由于已修建時間較長，碳化程度較大，因此需要通過采用回彈法來測定下部墩臺混凝土的抗壓強度，進而求出被測構件的混凝土強度換算值。

2.1.2 橋梁外觀質量全面檢查

參照相關養護規定[3-4]，對該橋外觀質量進行全面檢查，檢查項目主要包括：墩臺混凝土表面裂縫或裂紋的發展情況、裂縫的深度和寬度以及裂縫對結構承載狀況產生的影響;橋梁鋼桿件有無銹蝕、硬彎、開裂、歪扭等現象，表面的油漆是否完好;支座的位置是否準確、有無非正常變形及脫空情況;對道釘、橋枕狀況及橋面進行檢查。

2.1.3 靜載試驗

通過靜載試驗能夠比較直觀的判斷出橋梁的工作狀況以及承載能力，通過車輛產生等效荷載效應對結構實施加載，以得到其應變及撓度。通過實測應變值計算應力及結構檢校系數，評估橋梁的強度;通過實測撓度，計算撓跨比，并與計算值比較，評估橋梁的剛度。其檢測的內容主要有支座截面位置的應變，跨中位置截面的撓度及其應變。

2.1.4 動載試驗

進行動載試驗，通過試驗列車并輔以正常運營行駛的列車進行加載，能夠反映出橋跨結構在動荷載作用下的動力特性以及動力響應，實測橋梁結構的動應變、動撓度、沖擊系數、自振頻率及阻尼比等，并將其跟理論計算值進行比較。主要的檢測內容有：跨中位置截面的動撓度及動應變;結構的自振頻率以及阻尼比。

加載時采用兩臺東風4型機車，其軸重如圖1所示，采用機車速度從低到高，從10km/h到60km/h遞增的方式進行加載，并以通過列車荷載進行輔助測試。

2.2 測點布置

運用有限元分析軟件，計算橋梁在使用活載作用下的變形及內力，以確定最大內力及最大變形所在截面位置。試驗橋梁為6孔24米上承鋼板梁橋，選擇第1孔鋼板梁為試驗對象檢測，有限元模型如圖2所示。

2.2.1 靜力測試

對試驗梁段跨中截面上下游的應變及橋面撓度分別進行測量，各應力及撓度測點的布置如圖3所示。

2.2.2 動力測試

動力測試除了要實測跨中截面的動應變、動撓度，還需對梁體的振動進行測試。動應力測試的測點和靜應力測點相同，原則上每截面選取一個測點。橫向及豎向振動測點及動撓度測點如圖4。

3 測試結果及分析

3.1 橋墩混凝土強度

對本橋的橋墩混凝土進行回彈檢測，共檢測10個測區。橋墩的混凝土的抗壓強度為32.5Mpa，滿足規范[5]要求。

3.2 橋梁外觀質量

經現場對該橋梁外觀檢查，發現鋼梁桿件表面存在油漆褪色，局部脫落及銹蝕現象;鉚釘有缺失、斷裂和松動現象;支座的位置準確、無非正常變形及脫空情況;道釘全部銹蝕，幾處道釘松動，脫落;橋枕受損嚴重;橋墩及墩臺表面裂紋裂縫密集，橋墩下端混凝土被沖刷脫落。該橋橋梁外觀不滿足規范要求。

3.3 靜載試驗測試結果

3.3.1 靜應力

根據桿件的靜應力實測值及計算值，上下游上下翼緣的結構校驗系數分別為0.65、0.38、0.82、0.51，均小于《鐵路橋梁檢定規范》的參考值范圍0.85-0.95。表明該鋼板梁橋仍有一定的安全儲備，工作狀況較好。

3.3.2 跨中撓度

實測該鋼板梁跨中撓度值，計算得到其豎向撓跨比最大為1/1583，沒有超過《檢規》要求的限值1/1200，表明該鋼板梁橋的豎向剛度能夠滿足要求。

3.4 動載試驗測試結果

本次動載試驗列車采用東風4型雙機，過橋時速從低到高，分別以10km/h、30km/h、50km/h、60km/h的速度行駛通過橋梁，通過電阻應變片及動態信號測試分析系統，對試驗數據進行采集，分別記錄得到在不同試驗速度情況下的應變-時程曲線和加速度-時程曲線，并對得到的曲線進行分析，求出結構的加速度振幅、應變及位移等;通過對得到的各振動信號及時程曲線進行分析，得到動載試驗的檢測結果如下。

3.4.1 動應變及沖擊系數

在試驗荷載通過橋梁時，測得不同速度情況下梁體跨中實測應變值。沖擊系數根據記錄的動應變來進行分析得到，各工況下最大結構動力系數（1+）為1.126小于1.15（規范設計值）。表明鋼板梁橋振動沖擊效應滿足規范要求。

3.4.2 橋梁固有參數

通過得到的脈動波形，對其進行譜分析，分別得到橋梁上下游片梁的橫向及豎向自振頻率及阻尼比如表1所示，實測結果表明，該鋼板梁橋自振頻率最小值為5.81HZ，大于3.54HZ，滿足規范規定。

3.4.3 加速度

通過對不同速度情況下列車在上下行時得到的加速度時程曲線分別進行分析，得到該橋梁加速度。由結果可知，此橋的橫向最大振動加速度為0.90m/s2，小于規范中規定的限值1.40m/s2，說明該橋梁能夠滿足火車舒適性較好的運行。

3.4.4 振幅

試驗荷載通過橋梁時，實測第一孔鋼板梁在不同速度下其上下游側和橋墩的橫向振幅值，得最大振幅值為0.58mm。按照《檢規》[6]中規定，在機車荷載作用下，橋跨結構為板梁時橫向振幅行車安全限值要求為L/6000=4mm。實測最大振幅在規范規定范圍內。

3.4.5 動撓度

實得到列車以不同速度通過時的撓度波形圖，對其進行分析，得到最大撓度，進而計算出撓跨比。當列車以60km/h通過時，上下行撓度比最大值分別是1/1434、1/1413;以50km/h通過時，上下行撓度比最大值分別是1/1464、1/1458，《檢規》中要求橋跨豎向撓跨比通常值在1/1200范圍內，豎向撓跨比滿足要求，梁體工作正常。

4 結論

通過靜載及動載試驗，雖然橋跨結構基本上仍能滿足規范要求，但其強度儲備已較低。因此為了確保線路運營安全，對鋼板梁也應采取一定的加固措施。橋梁作為交通運輸的咽喉要道，必需對其定期進行全面檢測，尤其是既有的服役年限較長的鐵路舊橋。通過健康狀態檢測，對其安全性能做出正確評估，為維修加固提供參考依據，確保運營安全。

參考文獻：

[1]李君玉，韓新宇.舊有普通鋼筋混凝土梁動載試驗及有限元分析[J].蘭州工業學院學報，2016（03）：29-32.

[2]劉亞尊，吳亞平.既有鋼桁架橋的動載檢測與有限元模擬分析[J].南陽理工學院學報，2014（06）：83-87.

[3]中國鐵路總公司.鐵路技術管理規程（普通鐵路部分）[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[4]中國鐵路總公司.鐵路橋梁檢定評估管理辦法[M].北京：中國鐵道出版社，2015.

[5]國家鐵路局標準.鐵路橋涵設計規范（TB1002-2017）[S].北京：中國鐵道出版社，2017.

[6]中華人民共和國鐵道部.鐵路橋梁檢定規范（鐵運函[2004]120號）[S].北京：中國鐵道出版社，2004.

基金項目：西安交通工程學院中青年基金項目“既有鐵路橋梁承載能力檢測與加固技術研究”，項目編號：KY18-08。

作者簡介：程英鴿（1989-），女，陜西渭南人，本科，助教，主要研究方向：交通工程。