沈山線平房店河橋橋梁檢測

邵 卓 宋國華

1中國鐵道科學(xué)研究院研究生部 北京 100081

2中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司基礎(chǔ)設(shè)施檢測研究所 北京 100081

正文：

1 橋梁概況

沈山線平房店河橋于1943年建成通車，1988年梁拱加固，屬日偽時(shí)期老齡橋，至今運(yùn)行已76年，無技術(shù)圖紙，橋梁設(shè)計(jì)荷載及承載能力不詳。

該橋?yàn)?孔跨度9.8m的普通鋼筋混凝土整體Π形簡支梁，橋全長14.4m。梁高1.7m，Π肢中心距1.9m。無支座。混凝土矩形橋臺(tái)，木樁基礎(chǔ)，基地為黃粘土。橋上線路為沈山上行單線，混凝土Ⅱ型枕。

該橋在運(yùn)營期間發(fā)現(xiàn)梁體Π肢內(nèi)存在豎向及水平裂縫，梁根部受剪區(qū)存在多條方向約45°走向的斜向裂紋，并且運(yùn)營單位反映客車通過該橋時(shí)有明顯晃感。因此檢測該橋運(yùn)營狀態(tài)、裂縫狀態(tài)及梁體承載能力是非常必要的，可以為運(yùn)用維護(hù)、整修改造提供依據(jù)。

2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)利用通過列車為激振源，測試該橋的橫向振動(dòng)、動(dòng)應(yīng)力及動(dòng)撓度、裂縫開合狀態(tài)等指標(biāo)，并驗(yàn)算梁的承載能力。

2.1 測點(diǎn)布置及車型選擇

梁跨中橫向振動(dòng)（1個(gè)）、跨中撓度、梁上翼緣動(dòng)應(yīng)力（1個(gè)）、梁腹板動(dòng)應(yīng)力（3個(gè)）、梁底鋼筋動(dòng)應(yīng)力（1個(gè)），共7個(gè)測點(diǎn)。

該橋處于正常運(yùn)營狀態(tài)，因此選擇通過列車為試驗(yàn)激振源，以保證滿足運(yùn)營需要。共采集到9次有效測次其中跨中振動(dòng)7次，跨中豎向撓度6次，截面動(dòng)力響應(yīng)4次，機(jī)車為DF4、HXD3B，客車速度為104 km/h，貨車速度為53～72km/h。

2.2 檢定依據(jù)

《鐵路橋梁檢規(guī)范》（鐵運(yùn)函[2004]120號(hào)）[1]有關(guān)條文規(guī)定：

該梁跨中橫向振動(dòng)安全值[Amax]5%為1.089mm。

當(dāng)列車通過時(shí)，橋跨結(jié)構(gòu)在荷載平面的橫向振動(dòng)加速度不應(yīng)超過1.4 m/s2。

該橋始建于1943年，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，且梁已進(jìn)行涂裝，無法進(jìn)行混凝土回彈試驗(yàn)，混凝土彈性模量按C15計(jì)算，，彎曲受壓容許應(yīng)力。

3 梁振動(dòng)性能指標(biāo)

3.1 跨中橫向振動(dòng)及加速度分析

跨中橫向振幅最大值為0.594mm，滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》安全值1.089mm要求。

圖1 列車通過時(shí)跨中橫向振幅最大值時(shí)域波形

曲線偏離基線，梁體支撐可能是“三條腿”，或梁出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。

通過計(jì)算分析，橫向加速度最大為0.0101 m/s2，滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》中規(guī)定的1.4 m/s2。

3.2 動(dòng)力沖擊系數(shù)及動(dòng)撓度分析

根據(jù)橋梁設(shè)備數(shù)據(jù)庫顯示，梁上跨中道砟厚度30cm，該梁《鐵路橋梁檢定規(guī)范》動(dòng)力系數(shù)為，其中，，取，可以得出。

通過列車動(dòng)力沖擊系數(shù)最大值為1.046，滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》通常值要求。

跨中撓度最大值為1.643mm，動(dòng)撓度與速度形成正比增大趨勢。

4 梁內(nèi)裂縫狀態(tài)

該處腹板豎向裂縫為活裂縫，列車通過時(shí)產(chǎn)生的裂縫開合量為0.022mm～0.024mm。輪對通過時(shí)，裂縫明顯開合軌跡明顯。

分析：梁上存在的豎向裂縫為混凝土承受荷載時(shí)，下部受拉區(qū)鋼筋與混凝土共同受力，受拉區(qū)邊緣纖維應(yīng)變大于混凝土受彎極限拉應(yīng)變時(shí)，出現(xiàn)受拉區(qū)混凝土開裂；斜向裂紋分別位于混凝土梁根部受剪區(qū)，為一條或多條方向高約45°角走向的斜裂紋，是該梁受剪力彎矩共同作用時(shí)，斜截面承載力不足造成的，當(dāng)荷載達(dá)到一定程度時(shí)，在幾條斜裂紋中形成一條主要斜裂縫，或抗剪筋配置不足時(shí)易發(fā)生此類損傷；水平裂縫是混凝土梁內(nèi)鋼筋銹蝕后體積膨脹，造成混凝土保護(hù)層脹裂損傷。鋼筋銹蝕與環(huán)境溫濕度及干濕交替情況、環(huán)境存在侵蝕性物質(zhì)（氣、液、固體）、及混凝土中氯離子含量有關(guān)；頂板放射性裂紋或?yàn)榱喉斆婢植渴芰Τ匏隆?/p>

5 承載能力檢算

該橋始建于1943年，為日偽時(shí)期建造，混凝土等級(jí)取C15。根據(jù)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》U.2.1-1公式推導(dǎo)出跨中換算截面慣性矩。梁上道砟重取39.2kN/m，梁體積36.1m3，梁的密度取混凝土密度2.5×103kN/ m3，M恒=1576.1585 KN·m。

表1 為各測次機(jī)車產(chǎn)生的彎矩

通過計(jì)算得出，最大值為HXD3B貨車以72km/h速度通過橋梁是產(chǎn)生，機(jī)車通過時(shí)產(chǎn)生的受壓區(qū)混凝土應(yīng)力為6.22MPa，小于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》混凝土檢定彎曲受壓容許應(yīng)力=6.7MPa的要求，但換算中活載后受壓區(qū)混凝土應(yīng)力=7.21MPa，不滿足容許應(yīng)力=6.7MPa的要求。該橋梁承載能力滿足現(xiàn)有列車通行要求，但不滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》強(qiáng)度要求。

6 結(jié)語

截止2018年年底，我國鐵路營業(yè)里程已經(jīng)超過13萬公里，高鐵2.9萬公里以上，仍有大量普速鐵路正常運(yùn)營，其中不乏一些超齡服役橋梁，針對這種老齡橋，詳細(xì)的橋梁檢定試驗(yàn)仍然是保證客貨運(yùn)輸?shù)闹匾侄危梢詾樵O(shè)備主管單位提供運(yùn)用維修、整修改造的依據(jù)。