既有鐵路π型梁橋梁體加固方案分析

張曉波

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州　730000)

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既有鐵路π型梁橋梁體加固方案分析

張曉波

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州730000)

摘要：基于既有鐵路π型梁橋的檢測結(jié)果，通過分析π型梁在靜載和動載試驗存在的問題，提出了以粘鋼法加固方案，建立了原有橋梁和粘鋼法加固后的橋梁有限元模型，通過仿真計算，對原有橋梁和粘鋼法加固后的橋梁的仿真模型計算結(jié)果以及實測進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過該粘鋼法加固方案加固之后的π型梁的力學(xué)性能顯著提高，驗證了該加固方案的可行性。

關(guān)鍵詞：π型梁；檢測；加固

0既有橋梁簡介

由于我國的部分線路老舊，其中舊有橋梁的力學(xué)性能減弱對整體線路的安全性能和運營能力造成了很大的影響，存在兩種方案解決這一問題，新建橋梁和檢測加固，而新建橋梁經(jīng)濟上又會有巨大投入，所以對舊有橋梁進(jìn)行系統(tǒng)的檢測和維護(hù)加固是提高舊有橋梁的安全保證和提高運營能力的有效解決辦法，通過檢測從而確如何對橋梁進(jìn)行加固以達(dá)到經(jīng)濟合理的方案。

清綠支線黑河3#橋始建于1961年，該橋總長178.98 m，梁體結(jié)構(gòu)為普通的鋼筋混凝土梁體共計10孔，每孔16 m。設(shè)計荷載為中-22級(相當(dāng)于現(xiàn)行荷載等級-活載)。

1對既有橋梁的檢測

1.1對既有橋梁進(jìn)行靜載檢測

對既有橋梁的梁體進(jìn)行靜載檢測，荷載為兩臺東風(fēng)4型機車，通過動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀測得跨中的應(yīng)變、位移和加速度，實測數(shù)據(jù)與計算值對比見表1，荷載分布如圖1所示。

表1　實測數(shù)據(jù)與計算值對比

圖1　東風(fēng)4型內(nèi)燃機車軸距軸重布置圖

將試驗荷載換算至活載時，實測最大撓度值為4.64 mm，大于規(guī)范豎向撓跨比通常值4.0 mm(規(guī)范通常值L/4 000)，不滿足規(guī)范要求。說明該梁橋的豎向剛度不滿足規(guī)范要求。

1.2動載檢測結(jié)果

兩臺聯(lián)掛試驗機車進(jìn)行上行和下行加載試驗，現(xiàn)匯總速度為50 km/h的動載試驗結(jié)果，見表2。

表2　上下行50 km/h測試結(jié)果

從表2中可以得到1/4120的豎向撓跨比是略小于規(guī)范中的(1/4 000)限值；同樣1.08 m/s2的最大橫向加速度小于規(guī)范中1.40 m/s2的橋跨結(jié)構(gòu)橫向加速度限值，保證了梁體的正常運營。

表3　主梁豎向自振頻率及阻尼比分析結(jié)果

通過表3中數(shù)據(jù)，可以明顯看出頻率的實測值和理論值的偏差，證實了在既有橋梁已不能滿足提速的方案。

2加固方案

從檢測結(jié)果可以看出梁體本身基本滿足規(guī)范要求，結(jié)合實際情況，想要保證運營的安全性和提速的可能性，對既有橋梁進(jìn)行維護(hù)加固是十分必要的。處于實用性考慮，對既有橋梁采用粘鋼法加固橋梁方案進(jìn)行分析。

該橋上部結(jié)構(gòu)采用П型普通鋼筋混凝土梁，且已經(jīng)采用外加鋼筋加固過，但效果不佳。為了進(jìn)行更有效的加固，在梁底底部粘貼鋼板至原錨固端，如圖2。

圖2　鋼板安置圖

3粘鋼法加固方案分析

本文中我們采用Ansys有限元計算軟件建立粘鋼法加固后的橋梁和原有的梁體模型進(jìn)行仿真計算，來分析觀察粘鋼法加固方案的效果。

3.1加固前后靜荷載響應(yīng)對比

對原有橋梁的有限元模型和粘鋼法加固后的橋梁有限元模型進(jìn)行模擬靜載實驗，得到相應(yīng)的靜應(yīng)力和靜撓度，見表4對比發(fā)現(xiàn)：加固后測點處的靜應(yīng)力和靜撓度均顯著減小。

表4　荷載測試結(jié)果

3.2加固前后動荷載響應(yīng)對比

通過ANSYS模擬實際工況，使列車通過π型。

梁模型，時速為50 km/h，計算其力學(xué)響應(yīng)，詳見表5，結(jié)果表明：通過加固使得π型梁在動載作用下表現(xiàn)出了更好地力學(xué)性能。

表5　時速50 km/h各項測試結(jié)果

4結(jié)論

通過模擬加固前后π型梁的有限元模型，我們可以從結(jié)果中看出以下幾點。

通過粘鋼法加固后的π型梁，其力學(xué)性能得到了明顯增強，為行車安全性和提速提供了保障。

粘鋼法的加固方案可以在避免過多的增加梁體重量的同時，提高橋梁的豎向剛度的自振頻率，增加了行車舒適性。

橋梁在經(jīng)歷了長時間的運行后，其各項力學(xué)性能會有所減弱，而橋梁在我國的道路鐵路中占有重要比重，其運營狀況對整體的交通有重大影響，定期對橋梁進(jìn)行檢測和加固是很有必要的。

參考文獻(xiàn)：

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The reinforcement scheme analysis of the π type girder bridge of existing railway

ZHANG Xiao-bo

(Institute of Civil Engineering, Lanzhou Traffic University, Lanzhou, Gansu 730000, China)

Abstract:Based on the test results of the π type girder bridge of the existing railway, through the analysis of the π type girder on the problems existing in the static load and dynamic load test, the paper puts forward the method of sticking steel reinforcement scheme, establishes finite element model of the original bridge and the method of sticking steel strengthening bridge. Through the simulation calculation, comparing the calculation results between the simulation model and actual measurements, we found that the mechanical properties of the π type girder increased significantly after reinforcement, verified the feasibility of this reinforcement scheme.

Keywords:the π type girder; testing; reinforcement

收稿日期：2015-06-11

作者簡介：張曉波(1992-)，男，碩士在讀。

中圖分類號：U442

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)04-0065-02