南昆線2×64 m上承式連續鋼桁梁裂紋病害整治

呂映星

（中國鐵路南寧局集團有限公司工電檢測所，工程師，廣西 南寧530001）

南昆鐵路開通已愈20年，隨著運行時速和貨運量的逐步提升，加上山區鐵路地形條件、自然因素等影響，在長久高負荷運營情況下，鋼梁橋性能出現不同程度受力疲勞問題，直接或間接影響了鐵路運營安全和鐵路運輸效率。

1 病害橋梁基本概況

1.1 橋梁概況南昆線八渡4號大橋位于百色至威舍區段，中心里程為K345+738，全長355.3 m，孔跨布置：2×24 m預應力混凝土T梁＋2×32 m預應力混凝土T梁＋2×64 m栓焊上承式連續鋼桁梁＋3×32 m預應力混凝土T梁。橋上線路為直線，平坡，單線橋梁，P60無縫鋼軌，引橋為有砟，主橋為明橋面。

1.2 上承式鋼桁梁概況主橋2×64 m栓焊上承式連續鋼桁梁，鋼桁梁采用有豎桿平行弦三角形桁式，兩片主桁，桁間距4 m，桁高8 m，節間長度8 m，采用拼裝式節點，高強螺栓連接。鋼桁梁采用16Mnq（Q345q）鋼，高強螺栓材質為40B或20MnTib。

主桁桿件截面形式采用H形及箱形，弦桿和斜桿高度和寬度均為460mm，豎桿寬度460 mm，高度為460 mm和440 mm兩種，主桁板厚最大36 mm。

主橫梁為H形，高度1 290 mm，翼緣尺寸240×12 mm，腹板尺寸1 266×10 mm，橫梁腹板上設2道加勁肋，尺寸110×12×1210 mm。

鋼梁設置上、下平聯及橫聯，均采用T形截面，上、下平聯采用帶橫撐的交叉形體系，橫聯采用交叉形體系。在每跨上平聯中部設置制動連接系，全橋共2處，在支座處設置下頂梁，全橋共3道。上平聯與主桁連接采T形節點板，豎向板、水平板尺寸分別為780×12×260 mm、780×10×303 mm。橫聯與主桁連接也采用T形節點板，豎向板與水平板的尺寸分別為320×10×260 mm和435×10×345 mm。

2 鋼桁梁裂紋病害基本情況

2.1 鋼桁梁裂紋病害統計及圖示設備管理單位按照相關規定對鋼梁橋進行檢查和日常保養維修作業發現，南昆線八渡4號大橋上承式連續鋼桁梁橫梁端部上翼緣螺栓孔裂紋4處、上平聯節點板裂紋2處、橫聯節點板裂紋2處，共計8處，裂紋長度為65～320 mm、寬度0.1～0.2 mm。典型裂紋病害如圖1所示。

圖1 節點板裂紋圖

2.2 鋼桁梁裂紋病害具體情況8處裂紋發生在3根橫梁上，其中在橫梁端部上翼緣螺栓孔4處，有2處在同一截面已貫通，且有發展，病害較為嚴重，對結構安全影響較大；上平聯節點板裂紋2處；橫聯節點板裂紋2處。病害具體情況見表1。

表1 八渡4號大橋等鋼桁梁裂紋病害匯總表

3 鋼桁梁裂紋病害原因分析

3.1 鋼桁梁裂紋形成的受力機理

3.1.1 橫梁端上翼緣螺栓孔處裂紋第1跨8號橫梁左側南寧端（3#）和昆明端（4#）最為典型和嚴重。該裂紋典型特征為橫穿上翼緣第一排螺栓孔，且垂直橫梁方向對稱分布在腹板兩側。這與橫梁上翼緣板在此處應力最大是吻合的，主要由橫梁端部彎矩產生。

3.1.2 平聯T形節點板裂紋第1跨2號橫梁左側南寧端（1#）和昆明端（2#）。該裂紋典型特征為裂紋在焊縫附近，且平行于焊縫軸向。由于裂紋不是起于該處凈截面最弱處，如螺栓孔處，而是焊縫附近，因此可能是因為焊縫內存在的某種缺陷在后期的外力作用下其內部裂隙向板件擴展延伸而形成的疲勞裂紋。

3.1.3 橫聯T形節點板裂紋第2跨6號橫梁左側南寧端（6#）和昆明端（8#）橫聯T形節點板裂紋。表一中6#裂紋典型特征為裂紋在焊縫附近，且平行于焊縫軸向，表一中8#裂紋典型特征為裂紋起于節點板腹板的焊縫息弧處。與平聯T形節點板裂紋類似，由于裂紋不是起于該處凈截面最弱處，如螺栓孔處，而是焊縫附近，因此可能同樣是因為焊縫內存在的某種缺陷在后期的外力作用下其內部裂隙向板件擴展延伸而形成的疲勞裂紋。

3.2 鋼桁梁產生裂紋成因

3.2.1 運量和運速提升的影響自1997年12月開通運營以來，南昆鐵路旅客數及貨物發送量年年攀升，2005年全線旅客列車提速至100 km/h。2005年列車牽引能力由2 050噸提升至5 000噸，并于2011年開通了6 000噸重載列車；2002年全線能力由16對提高至43.5對，2012年客車8對、貨車33對；2013年全線年輸送能力由設計能力1 000噸提高到2 730噸，截至2017年5月，南昆鐵路每年最大輸送能力（單向）3 500萬噸。運輸通過能力接近設計限值，年輸送能力超過設計限值，加上列車運行提速及列車牽引能力提升，鋼梁負荷加大并在循環應力作用下可能產生疲勞裂紋。

3.2.2 通車年限長及橋梁不均勻沉降因素影響橋梁已通車24年，運營過程中橋墩的橫向偏差，不均勻沉降及地震等均有可能增大鋼梁扭矩，對橫梁端部造成不利影響，使得橫梁端部產生裂紋。

4 鋼桁梁裂紋病害整治方案

4.1 加固部位與方法共涉4處裂紋病害，對橫梁上翼緣和腹板上方采用增設鋼板進行加固。橫梁上翼緣板底兩側增設鋼板，鋼板尺寸110×16×640 mm，與上翼緣采用M22高強度螺栓連接，上翼緣需新增Φ 23鉆孔。橫梁腹板上方大小里程兩側增設鋼板，鋼板為160×12×480 mm，與腹板采用M22高強度螺栓連接，腹板需新增Φ 23鉆孔。典型整治方案圖見圖2。

圖2 橫梁端部上翼緣螺栓孔處裂紋整治圖（3#、4#）

八渡4號橋第一跨8號橫梁（3#、4#）左側裂紋已延伸到腹板上，這兩處在裂紋尖端進行鉆孔，防止裂紋進一步發展，要求止裂孔徑Φ 10mm，距離裂紋尖端10 mm。

4.2 平聯T形節點板該類型第1跨2號橫梁左側南寧端（1#）和昆明端（2#）節點板2處裂紋病害，采用更換整個平聯T形節點板的方法進行整治，更換的平聯節點板豎向板尺寸780×16×260 mm，水平板尺寸780×16×340 mm。典型整治方案圖見圖3。

圖3 平聯T形節點板裂紋整治圖（1#、2#）

4.3 橫聯T形節點板該類型共涉及1個節點板2處裂紋病害（6#、8#），采用更換整個橫聯T形節點板的方法進行整治。更換后的橫聯節點板豎向板尺寸為320×16×260 mm，水平板尺寸為240×16×240 mm，橫向板尺寸435×16×345 mm。典型整治方案圖見圖4。

圖4 橫聯T形節點板裂紋整治圖（6#、8#）

4.4 鋼桁梁裂紋整治情況根據設計方案，目前已完成對南昆線八渡4號大橋中2×64 m栓焊上承式連續鋼桁梁裂紋病害整治，保證了橋梁安全和性能穩定。病害整治后鋼桁梁現狀見圖5、圖6。

圖5 橫梁端上翼緣螺栓孔處裂紋加固圖

圖6 更換橫聯T形節點板圖

5 結束語

采用2×64 m上承式連續鋼桁梁裂紋方案分別對南昆線K342+074橫口3號大橋、K487+431木浪河大橋鋼桁梁類似病害進行整治，同樣取得較好效果。該方案具有較廣泛的推廣價值，為鐵路同類維修單位有效進行鋼桁梁裂紋病害整治，提供了啟示和借鑒。