貨運鐵路并置T梁結構安全檢測及承載能力評定研究

高敏

（上海同濟檢測技術有限公司，上海市 200092）

0 引 言

某鐵路在長期運營中，木橋枕出現明顯磨損、開裂等嚴重劣化現象；同時為了配合線路升級改造，需要將一座典型重載鐵路橋梁上的木橋枕更換為混凝土橋枕，同時更換P60鋼軌，由此帶來橋梁結構二期恒載的增加。鑒于該橋已開通運營30年，當前技術狀況及實際承載能力與成橋狀態相比有了一定的變化。為準確鑒定該橋當前的實際承載能力，通過對該橋的現場檢測，獲得主要混凝土構件的表觀缺損、材質特性、幾何形態參數、振動性能，并據此對該橋主要構件進行劣化等級評定。同時根據該橋今后的實際荷載工況、當前材料特性，對其進行承載能力檢定，確定檢定承載系數K。

1 橋梁概況

該鐵路橋位于平原地區，正線全長72.274 km。線路為Ⅲ級支線。正線為單線，到發線有效長為850 m，有條件預留1 050 m。限制坡度為5‰，最小曲線半徑一般為600 m，困難地段400 m。采用43 kg/m、長25 m鋼軌，軌距為1.435 m。道床石碴厚20 cm，沙墊層厚20 cm。非滲水土壤路基寬6.2m。上部結構采用32 m跨預應力混凝土T梁（標準圖：道碴橋面后張法預應力混凝土梁，叁標橋2019），圓端形橋墩（標準圖：道碴橋面鋼筋混凝土圓端形橋墩，叁橋4023），耳墻式橋臺（標準圖：道碴橋面鋼筋混凝土梁耳墻式橋臺，叁橋4024），沉井基礎（壹橋4203），設計荷載中-22級，百年一遇流量1 500 m3/s。1988年1月竣工通車（見圖1）。

圖1 橋梁側面及正面照

2 橋梁檢測結果

通過對該橋包含以下內容的結構檢測：外觀質量檢測；T梁材質無損檢測；橋梁幾何形態參數檢測；振動性能測試。

2.1 外觀質量檢測

現場檢測發現，上部結構預應力混凝土T梁兩側翼緣板端部普遍存在鋼筋銹脹、混凝土剝落現象，個別T梁腹板局部有露筋現象。并置T梁通過橫隔梁連接，每孔共有9道橫隔梁，其中每道橫隔梁有上下兩根橫隔梁。T梁兩端1#、2#、8#、9#上橫隔梁普遍出現連接鋼板銹蝕、混凝土剝落，其中部分T梁的上橫隔梁呈現斷裂狀態，列車通過時，可見明顯錯位現象（見圖2～圖4）。

圖2 T梁翼緣板局部鋼筋銹脹

圖4 T梁橫隔梁斷裂

下部結構中，墩臺整體狀況良好，個別墩臺局部有輕微鋼筋銹脹。橋梁采用搖軸支座，各支座表面普遍存在灰塵覆蓋。部分活動支座的防塵圍板銹蝕嚴重、固定螺栓銹蝕。橋梁兩側檢修道人行道板及橋墩檢修平臺混凝土板普遍銹脹嚴重，欄桿普遍銹蝕。橋面兩側的泄水管普遍銹蝕嚴重，伸出梁體翼緣板的部分大都銹蝕損壞。

通過外觀檢查結果可知該橋主要混凝土構件工作狀況良好，僅并置T梁部分橫隔梁有缺損。根據研究表明[1]，當T梁9道橫隔梁中的1#、9#橫隔梁失效時，橫向頻率將下降14.7%；當T梁9道橫隔梁中的1#、2#、8#、9#橫隔梁失效時，橫向頻率將下降36.0%。可見T梁兩端橫向聯系的削弱將會導致并置T梁整體橫向抗彎及抗扭剛度的削弱，影響結構的整體工作性能。

2.2 T梁材質無損檢測

原設計中T梁采用500號混凝土（C48），為準確獲得T梁混凝土當前的實際強度，通過采用超聲回彈綜合法，測量超聲波在混凝土中的聲速及混凝土表面強度，綜合得到實際混凝土強度。抽檢4片T梁的混凝土強度，混凝土強度推定值均在50 MPa以上，滿足原設計強度的要求（見圖5）。

圖5 對T梁腹板采用超聲波對測

采用鋼筋掃描儀，抽檢4片T梁腹板側面豎向鋼筋的保護層厚度，所檢測的鋼筋保護層厚度平均值在23～33 mm，小于現行規范要求（35 mm）。但考慮到T梁腹板側面豎向鋼筋主要為箍筋，非主要受力鋼筋，且碳化深度測量結果表明腹板側面混凝土的碳化深度在0.5～2.0 mm，遠小于鋼筋保護層厚度，因此T梁結構仍具有良好的耐久性。

2.3 橋梁幾何形態參數檢測

在對橋梁幾何形態參數檢測中，為獲悉預應力混凝土T梁在運營30年后梁體的預拱度狀況，使用Leica TS60全站儀的無棱鏡模式，測量了部分孔跨T梁的上拱度及個別橋墩墩帽底面的相對標高。上拱度抽檢結果表明，除個別T梁上拱度值略低外，其他梁的上拱度一般在23～44 mm，無T梁出現下撓狀況。墩臺變位測量中，各抽檢墩帽底面測點間的最大偏差在19～41 mm。由于沒有竣工時的各測點的相對標高值，無法通過當前測量來反映橋墩的相對變位，但該測量結果可作為今后橋墩變位監測的比對基準（見圖6）。

圖6 Leica TS60全站儀

2.4 振動性能測試

振動特性是鐵路橋梁重要的監測指標，通過對結構的自振特性測量及振動位移幅值測試，獲得該橋在當前狀態下列車實際運營工況下的振動參數。在上部結構T梁沿縱向四分點、墩頂布設豎向及橫向振動位移傳感器，通過對12 h的振動監測，包括橋梁在無外荷載下的自振及不同荷載列車通過下的激振測量，獲得橋梁的振動特性。

（1）測量結果表明，18號孔的豎向1階振型為對稱彎曲，對應自振頻率為5.15 Hz。2號孔和18號孔的橫向1階振型均為橫向對稱彎曲，對應自振頻率均為3.59 Hz。

（2）貨運列車過橋時，2號孔跨中實測最大豎向振動位移幅值為1.6 mm，18號孔跨中實測最大豎向振動位移幅值為1.9 mm。2號孔跨中實測最大橫向振動位移幅值為4.7 mm，18號孔跨中實測最大橫向振動位移幅值為4.5 mm。2號孔和18號孔在貨車過橋時跨中的實測最大橫向振動位移幅值均超過了規范規定的L/9 000（3.55 mm）安全限值。

（3）貨車過橋時，2號墩頂測得的最大縱橋向和橫橋向振動位移幅值為0.22 mm和0.15 mm，17號墩頂實測最大縱橋向和橫橋向振動位移幅值為0.20 mm和0.15 mm，均小于規范規定的安全限值[H/B+0.2=0.72（mm）]。

相關測試結果見表1、表2。

表1 2號孔主梁和2號墩頂振動位移幅值測試結果

3 劣化等級評定及承載能力檢定

根據橋梁外觀檢查和振動測試結果，橋梁排水設施的泄水管損壞嚴重，部分橫隔板斷裂、現澆混凝土脫落，梁體跨中橫向最大振動位移幅值超出《鐵路橋梁檢定規范》（鐵運函〔2004〕120號）的安全限值：混凝土梁的劣化等級評定為A1級；支座的鋼部件銹蝕、劣化等級評定為C級；個別橋墩墩帽處鋼筋銹脹，墩臺基礎劣化等級被評定為C級。

表2 18號孔主梁和17號墩頂振動位移幅值測試結果

根據橋梁外觀檢查結果、材質狀況檢測結果和幾何形態檢測結果按照《鐵路橋梁檢定規范》（鐵運函〔2004〕120號）對橋梁進行承載能力檢定。T梁的原設計混凝土標號為500號，根據混凝土強度檢測結果，抽檢的結構混凝土強度推定值均在50 MPa以上，從偏安全的角度考慮，仍按原設計混凝土強度（C48）對結構進行檢算。

根據表3，跨中斷面容許換算均布活載：k=[（2×28 055.1）/（1.9×128）]×103-51.7×1=179.0（kN/m）＞ks=98.4 kN/m。其中k為容許換算均布活載，ks為中-活載的換算均布活載。橋梁檢定承載系數K=k/ks=179.0/98.4=1.82＞1.0，表明該橋上部結構T梁承載能力能夠滿足要求。

表3 跨中正截面抗彎強度檢算

一般情況下，橋梁基礎承載能力會隨著橋梁運營時間增加、地基土體擠密而得到提高。在檢查中沒有發現橋梁墩臺有表明承載能力不足的沉降和變形，因此可認為橋梁下部墩臺及基礎承載能力能夠滿足原設計要求。

4 結 語

（1）依據現場對該橋的各項檢測，劣化評定及承載能力檢算，可知在更換鋼筋混凝土橋枕及P60鋼軌的情況下，橋梁承載能力仍能夠滿足原設計的要求。但是列車過橋時，橋跨結構橫向振動位移幅值有超過行車安全限值的情況，橋跨結構橫向剛度不滿足要求，仍需采用有效加固方式，修復T梁橫向聯系，增強結構整體性。

（2）該橋設計年限較早，在參考的原設計規范中，并未對T梁間的連接有硬性規定。但目前現行的《鐵路橋涵混凝土結構設計規范》（TB 10092—2017）已強制要求T梁結構必須對橫隔梁施加預應力將T梁連為整體，必要時連接橋面，以保證橋梁上部結構應有足夠的強度及豎向、橫向和抗扭剛度。

（3）既有T梁由于在原設計中未考慮施加橫向預應力的構造，在后續加固中可通過在橫隔梁附近的T梁腹板上鉆孔，設置?25對拉精軋螺紋鋼筋的方式施加預應力，提高橫向、抗扭剛度及整體性，考慮到腹板局部受力影響，螺紋鋼筋錨固端須設置鋼墊板且張拉力應控制在橫隔梁混凝土軸向壓應力允許限值內。