包蘭線豐濟(jì)渠橋橋梁檢測及運(yùn)營對策

朱莉鵬

（沈陽鐵路局工務(wù)檢測所，沈陽110031）

包蘭線豐濟(jì)渠橋橋梁檢測及運(yùn)營對策

朱莉鵬

（沈陽鐵路局工務(wù)檢測所，沈陽110031）

包蘭線豐濟(jì)渠橋是由加拿大制造，其桁梁由英國制造，建國后通車，無技術(shù)檔案，高跨比大，超靜定結(jié)構(gòu)，并且從未進(jìn)行過常規(guī)綜合檢定試驗(yàn)，故此次常規(guī)綜合檢定試驗(yàn)十分必要，論文介紹了該橋梁的承載能力驗(yàn)算、靜載試驗(yàn)及動載試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)算全橋最低承載系數(shù)為0.992，由中縱梁跨中彎矩控制，不滿足中華人民共和國鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載，簡稱“中-活載”要求，但滿足運(yùn)行活載0.912的要求。靜載試驗(yàn)測試結(jié)果表明，橋梁強(qiáng)度及豎向剛度滿足要求。動載試驗(yàn)測試結(jié)果表明，橋梁橫向剛度及其他各項(xiàng)動態(tài)指標(biāo)均滿足要求。

鐵路;鋼桁梁;靜載試驗(yàn);動載試驗(yàn);運(yùn)營對策

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.136

1 橋梁概況

包蘭線豐濟(jì)渠橋是1948年由加拿大制造，1958年建成通車，至今運(yùn)行58年，無技術(shù)檔案并且從未進(jìn)行過綜合檢測，橋梁設(shè)計(jì)荷載不詳，承載能力不詳。確定全橋的強(qiáng)度、剛度、及各項(xiàng)動態(tài)指標(biāo)等意義重大。本次試驗(yàn)包括：承載能力驗(yàn)算、靜載試驗(yàn)、動載試驗(yàn)。

該橋?yàn)橄鲁惺戒撹炝?，?jīng)現(xiàn)場實(shí)際量測，該橋全長59.1m，橋梁跨度47.3456m，主桁中心距5.5m，主桁中心高9.5m，縱梁中心距2m，共計(jì)7個(gè)節(jié)間。橋面單線鐵路，木枕明橋面。橋梁支座皆為鑄鋼支座，0號臺為固定支座，1號臺為鉸接輥軸式活動支座。橋臺基樁為木椿，基樁上為兩階擴(kuò)大基礎(chǔ)，片石混凝土臺身及鋼筋混凝土臺頂。

2 試驗(yàn)方案

2.1 靜載試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

鋼桁梁桿件靜應(yīng)變；縱橫梁靜應(yīng)變；鋼桁梁靜撓度及撓曲線；活動支座縱向、橫向位移?？v梁連結(jié)角鋼鉚釘釘孔應(yīng)變。

2.1.2 測試桿件選取原則

1）桿件類型（受力特點(diǎn)）原則：弦桿中跨中下弦拉桿、跨中上弦壓桿；腹桿中第一壓桿（橋門架）、第一拉桿、吊桿、反復(fù)應(yīng)力桿（交叉桿）；縱梁、橫梁。

2）在前述原則的基礎(chǔ)上，考慮同一類型桿件的不同截面組成形式及截面尺寸。

2.1.3 試驗(yàn)編組選取原則

參考控制桿件影響線，可能提供的最大軸重鐵路機(jī)車車輛以及運(yùn)營列車類型，選定試驗(yàn)列車編組用機(jī)車、車輛，并盡可能滿足加載效率要求。鐵路列車編組Ⅰ：1×DF8B機(jī)車+6× C80B滿載車，列車首尾車軸間長度89.965m，長度能夠覆蓋全橋。

2.1.4 測點(diǎn)布置

該橋結(jié)構(gòu)對稱，荷載對稱，故選取半跨進(jìn)行測試。主測方向?yàn)樘m州至包頭方向。主測片（主要測試、分析的主桁）為下游側(cè)主桁。上下游對測桿件用于分析兩桁分配比，如圖1所示。

圖1 靜載試驗(yàn)測點(diǎn)布置圖

2.1.5 加載工況

輪位一：橋門架輪位；輪位二：跨中桿件及撓度輪；輪位三：跨中反復(fù)應(yīng)力桿輪位；輪位四：端橫梁輪位；輪位五：縱橫梁輪位；輪位六：縱梁輪位。

2.2 動載試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

動載試驗(yàn)包括兩部分：（1）編組試驗(yàn)列車動載試驗(yàn)；（2）運(yùn)營通過列車動載試驗(yàn)。

測試內(nèi)容：鋼桁梁桿件動應(yīng)變，縱橫梁及連結(jié)鉚釘動應(yīng)變；鋼桁梁跨中動撓度和支座動位移；鋼桁梁豎向和橫向振幅、頻率及阻尼；橋臺橫向振幅；梁體豎向振動加速度：列車速度和位置。

2.2.2 試驗(yàn)編組選取原則

重車、空車兩部分均能夠充分覆蓋整孔鋼桁梁，滿足最大軸力及最大激勵響應(yīng)的要求。

動載試驗(yàn)列車編組Ⅱ：1×DF8B（25t軸重）+12×C80B（滿載）+12×C80B（空車）+8×C62、C63或C63（空車）。列車首尾車軸間長度412.99m。列車重車部分長度161.965m，空車部分長度251.025m。

動載試驗(yàn)列車編組Ⅱ，由蘭州方向進(jìn)車至試驗(yàn)現(xiàn)場進(jìn)行測試，并根據(jù)現(xiàn)場指揮分別以5km/h、50km/h、60km/h、70km/h、75km/h、80km/h速度勻速通過，共計(jì)6檔速度。5km/h速度1次，其余每個(gè)速度檔各3次。

2.2.3 測點(diǎn)布置

僅測試下游側(cè)主桁桿件（梁）桿中動應(yīng)力，測點(diǎn)布置通靜載。主測方向?yàn)樘m州至包頭方向。

3 承載力檢算結(jié)果

全橋最低檢定承載系數(shù)為0.992，略小于“中-活載”，由縱梁跨中彎矩控制?，F(xiàn)行運(yùn)行活載（HXN3）系數(shù)為0.912，滿足橋上容許通行的運(yùn)行活載的要求。

4 靜載測試結(jié)果及分析

4.1 靜應(yīng)力測試結(jié)果及分析

當(dāng)荷載加在最不利或相對不利的加載位置時(shí)，結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)部分超出《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號）校驗(yàn)系數(shù)通常值參考值范圍。其中部分桿件在某一輪位下結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)大于1，詳見表1。

表1 主要測試輪位下桁梁構(gòu)件結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)匯總

對于結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)大于1的桿件，根據(jù)斷面最大應(yīng)力推算其總應(yīng)力（計(jì)入動力系數(shù)的“中-活載”應(yīng)力+恒載應(yīng)力）最大值為63 MPa，仍遠(yuǎn)小于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004] 120號）規(guī)定的檢定容許應(yīng)力170MPa，所以桿件強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，而且還有一定的富余量。

4.2 兩桁分配比分析

上下游側(cè)兩桁受力時(shí)對應(yīng)桿件受力各占百分比，實(shí)際測試相差不大，在0.47：0.53～0.49：0.51之間，說明結(jié)構(gòu)的兩片主桁基本上能夠較均勻地共同受力。

4.3 靜撓度測試結(jié)果及分析

由實(shí)測靜撓度換算到“中-活載”靜載作用時(shí)，是跨中L4節(jié)點(diǎn)的換算撓度為-17.47mm，其撓跨比為1/2710，遠(yuǎn)小于《鐵

路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號）通常值1/1500，該鋼桁梁豎向剛度滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號）通常值要求。

4.4 活動支座縱向位移測試結(jié)果及分析

上、下游活動支座縱向位移相差0.03mm以內(nèi)，十分接近1：1。說明梁活動支座靈活，變形協(xié)調(diào)，工作正常。

靜載測試結(jié)果表明：橋梁各桿件強(qiáng)度滿足要求，橋梁整體豎向剛度滿足要求，左右兩桁受力分配均勻共同工作，兩活動支座工作正常。

5 動載測試結(jié)果及分析

動載試驗(yàn)列車編組Ⅱ以5km/h、50km/h、60km/h、70km/h、75km/h、80km/h速度勻速通過，共計(jì)6檔速度。實(shí)測通過貨車速度范圍46～75km/h，客車70～93km/h。

5.1 動應(yīng)力及動力系數(shù)測試結(jié)果及分析

桁梁各桿件最大動力系數(shù)在1.024～1.153之間，均遠(yuǎn)低于構(gòu)件相應(yīng)的《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號）相應(yīng)計(jì)算值，說明結(jié)構(gòu)的局部動力響應(yīng)滿足要求。實(shí)測桿件、梁的動力系數(shù)均有隨著車速提高而增大趨勢，車速是影響動力學(xué)系數(shù)的主要因素。

5.2 動位移、動撓度及動力系數(shù)測試結(jié)果及分析

本次實(shí)測桁梁跨中動撓度最大值為18.75 mm，其動力系數(shù)很低，只有1.015。在實(shí)測速度范圍內(nèi)，桁梁跨中動撓度動力系數(shù)在1.003～1.058之間。遠(yuǎn)低于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號）相應(yīng)計(jì)算值1.321，梁整體豎向動力響應(yīng)滿足要求。

本次實(shí)測桁梁端橫梁最大豎向動位移1.61 mm，在“日本鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范《鐵路結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及解說》（鋼橋、結(jié)合梁橋）中速度v≤130km/h時(shí)最大位移為4mm”的要求范圍內(nèi)。端橫梁豎向剛度能保證列車梁、臺之間的平穩(wěn)過渡。

在實(shí)測速度范圍內(nèi)，活動支座縱向位移、跨中動撓度、端橫梁豎向動撓度均有隨著速度提高而增大趨勢。

5.3 梁體振動測試結(jié)果及分析

用余振法分析得出桁梁的橫向自振頻率為2.60Hz，滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號）通常值2.11Hz的要求，見表2。

荷載平面跨中下弦最大橫向振幅為4.57mm，見表2，滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號）安全限值6.71mm的要求，但其不滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號）通常值3.31 mm的要求。桁梁跨中橫向水平振幅都有隨著車速的提高而增大。

表2 桁梁的強(qiáng)振頻率、振幅及加速度范圍

本次實(shí)測測得的桁梁的最大橫向加速度為0.93m/s2，見表2，滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號）不得大于1.4 m/s2要求。

動載測試結(jié)果表明：橋梁橫向剛度滿足要求；振幅、加速度及自振頻率均滿足要求，并且有隨著車速增加而增大的趨勢；無論是整體還是局部的動力響應(yīng)均較小。

6 運(yùn)營對策

該橋經(jīng)綜合檢定其靜強(qiáng)度、剛度及各項(xiàng)動態(tài)指標(biāo)均滿足要求[1]，在下一個(gè)檢定周期內(nèi)可以正常運(yùn)營。

在運(yùn)營車輛最大荷載不發(fā)生變化的前提下，維持既有運(yùn)行速度。工務(wù)段日常應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對縱梁的檢修養(yǎng)護(hù)工作，特別是縱橫梁連接處的鉚釘。建議當(dāng)橋梁通過超載車輛時(shí)，必須進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)算，提出相應(yīng)的加固、限速等運(yùn)營措施。

【1】鐵運(yùn)函[2004]120號鐵路橋梁檢定規(guī)范[S].

Bridge Detection and Operational Countermeasures for Baotou–Lanzhou Railway FengJi Canal Bridge

ZHU Li-peng
(Shenyang Railway Testing of Work Section,Shenyang110031,China)

Baotou Lanzhou Railway FengJi Canal Bridge was made in Canadian and imported girder from England,opened to traffic after the founding of the state.It was have no technical archives,large depth-span ratio,the statically indeterminate structure,and never had a conventional comprehensive verification test,so the conventional comprehensive verification test is necessary.This paper presented the bearing capality,the static load test and dynamic load test of the bridge.Recomputed the whole bridge minimum load coefficient is 0.992,which was controlled by bending moment in the middle of the grider,do not meet the railway live load standard of the People's Republic of China,but meet the requirements of running live load of 0.912.The Static load test result shows that the strength of the bridge and the vertical stiffness meet the requirements. Dynamic load test results show that the bridge lateral rigidity and other various dynamic indexes meet the requirements.

railway;steel truss beam;static load test;dynamic test;operation countermeasure

U446

A

1007-9467（2016）11-0074-03

2016-10-17

朱莉鵬（1979～），男，遼寧沈陽人，工程師，從事橋梁檢測研究。