鐵路預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋病害整治及荷載試驗分析

趙江林

摘要：隨著鐵路建設(shè)的發(fā)展規(guī)劃的需要，為避免后期修建鐵路時投入較大成本，往往為后期規(guī)劃鐵路預(yù)留橋梁。隨著鐵路建設(shè)發(fā)展，前期預(yù)留鐵鐵路梁橋得到重新使用，由于預(yù)留橋梁修建時間較早，施工技術(shù)不規(guī)范，支座部位混凝土振搗不密實、支座安裝不當(dāng)或預(yù)留時間較長產(chǎn)生收縮徐變，在二期恒載及活載作用下，橋梁發(fā)生易產(chǎn)生病害。針對成都樞紐成都西環(huán)線增建二線上跨IT大道連續(xù)梁的橋病害整治及荷載試驗，對預(yù)留連續(xù)梁橋的病害進(jìn)行了分析和探討，通過荷載試驗對整治效果進(jìn)行了驗證，供同類預(yù)留橋梁支座產(chǎn)生病害處理參考。

關(guān)鍵詞：連續(xù)梁橋，支座，病害整治，荷載試驗

中圖分類號：U24?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-5383（2020）01-0040-05

Abstract：With the development of the railway construction and the need for planning，it is often necessary to reserve the bridge for the later-planned railway in order to avoid the large investment in the later construction of the railway. With the development of the railway construction，the pre-reserved iron-railway girder bridge has been re-used. Due to the construction time of the reserved bridge is relatively early，the construction technology is not standardized，the concrete at the support is not compacted，the mounting of the support is not properly，or the loner reserved time produces shrinkage and creep. Under the effect of the second-stage dead load and the live load，the bridge generation is easy to produce the damage.?In view of the bridge damage treatment and load test of the continuous beam on the second line at the second line of the Chengdu West Ring Road，the damage of the reserved continuous girder bridge was carried out.?Through the analysis and discussion，the control effect is verified by the load test，so as to provide the reference for the damage treatment of the similar type of reserved bridge support.

Keywords：continuous girder bridge，support，damage treatment，load test

1?橋梁概況

預(yù)留鐵路西環(huán)二線IT大道橋位于運營西環(huán)線IT大道橋（K14+064）左側(cè)，橋梁全長150.1 m，為直線橋，設(shè)計速度120 km/h，設(shè)計為4孔后張法預(yù)應(yīng)力C50混凝土連續(xù)箱型二次拋物線曲面梁，4跨度（梁全長）尺寸：25.5+44+44+25.5=139 m，混凝土連續(xù)梁一次性施工完成，混凝土設(shè)計每座橋705 m3，見圖1、圖2。

全橋設(shè)3墩2臺，墩基為Φ3.5 m獨樁基礎(chǔ)，墩身直徑為Φ2.5 m，樁柱長19 m 2根、21 m 1根。橋臺為T型橋臺，群樁4根Φ1.25 m，長度10 m。該橋所在區(qū)域地震動峰加速度為0.15 g，最大凍結(jié)深度為0.7 m。

上跨 IT大道的西環(huán)增建二線預(yù)留連續(xù)梁橋與已運營的西環(huán)線連續(xù)梁橋于2008年同步竣工完成，西環(huán)線上跨IT大道鐵路橋梁主體施工完成后，立即完成了二期恒載的施工并投入使用，現(xiàn)已正常使用9年，預(yù)留西環(huán)增建二線暫未開通使用，增建二線的橋面道床及軌道均已正位鋪設(shè)完畢，大機搗固過程中發(fā)現(xiàn)預(yù)留西環(huán)二線的橋梁梁體傾斜。

2?橋梁病害描述

上跨 IT大道的西環(huán)增建二線預(yù)留連續(xù)梁橋與已運營的西環(huán)線連續(xù)梁橋于2008年同步竣工完成。西環(huán)線上跨IT大道鐵路橋梁主體施工完成后，立即完成了二期恒載的施工并投入使用，現(xiàn)已正常使用9年，預(yù)留西環(huán)增建二線暫未開通使用。增建二線的橋面道床及軌道鋪設(shè)完畢并正位后，在大機搗固過程中發(fā)現(xiàn)預(yù)留西環(huán)二線的橋梁梁體傾斜。傾斜狀況為：

1）橋臺盆式支座遠(yuǎn)離欄桿側(cè)落空（上翹）4～4.5 cm，靠近欄桿側(cè)支座有壓縮痕跡，支座變形1～2 cm;

2）橋墩盆式支座Φ800均有傾斜壓縮痕跡且不平行，靠欄桿側(cè)傾斜，偏差約2 cm。

2.1?橋梁支座傾斜

因梁體出現(xiàn)傾斜，導(dǎo)致該橋支座出現(xiàn)不同程度的病害。主要為支座脫空、傾斜，兩橋臺處均存在單點支撐的現(xiàn)象。兩橋臺處均有1個支座脫空，4個支座存在向線路左側(cè)傾斜的現(xiàn)象，傾斜角度約為1° 。

2.2?限位工字鋼

因梁體傾斜，導(dǎo)致1處限位工字鋼與支座墊石抵死，目前尚未發(fā)現(xiàn)限位工字鋼有構(gòu)件斷裂、固定螺栓被拔出現(xiàn)象。

2.3?橋臺抗震擋塊開裂

因主梁傾斜，主梁與4#橋臺左側(cè)抗震擋塊抵死，導(dǎo)致該處抗震擋塊底部開裂，裂縫總長度約1.2 m。

2.4?梁體偏移

軌道中心與橋梁中心偏位檢測成果表詳見表1，“+”表示軌道偏右側(cè)方向，“-”表示軌道偏左側(cè)方向。軌道中心與橋梁中心偏如圖3所示。

3?原因分析

3.1?施工階段原因

施工期間，由于工期等因素影響，連續(xù)梁梁底支座部位混凝土澆筑不密實[1]?。

3.2?日常養(yǎng)護(hù)問題

由于該橋是預(yù)留橋梁，不承擔(dān)列車通行任務(wù)，站段未進(jìn)行有效養(yǎng)護(hù)，設(shè)備也僅進(jìn)行外觀檢查，未對支座等重點部位進(jìn)行檢查。

3.3?收縮徐變影響

橋梁和運營橋梁修建完成后，未進(jìn)行二期恒載的加載，且沒有移動荷載，期間由于混凝土收縮徐變影響，造成橋梁預(yù)應(yīng)力部分損失，引起梁體的撓度增大，在二期恒載后，大機進(jìn)行搗固時，梁體發(fā)生偏轉(zhuǎn)傾斜。

4?整治措施

為有效控制梁體變形，增強預(yù)留連續(xù)梁橋的橫向穩(wěn)定性，最大可能滿足設(shè)計要求，采取如下措施。

4.1?增加隔梁及橫向聯(lián)系

針對西環(huán)二線橋梁病害情況，在西環(huán)線及西環(huán)二線之間增加8道鋼結(jié)構(gòu)橫隔梁，在西環(huán)線與西環(huán)二線橋面擋碴墻處，每隔2 m增設(shè)2根間距為20 cm、直徑28 mm的橫向鋼筋將兩橋連接起來，兩橋擋碴墻之間的10 cm沉降縫，增設(shè)12 mm厚鋼板并滿塞橡膠墊，將既有西環(huán)線橋梁與西環(huán)二線橋梁連接起來，以增加其橫向抗傾覆能力[2]。

4.2?加強橫向限位措施

原橋架1#～3#處，設(shè)有型鋼橫向限位措施，為防止橋梁傾斜，在橫向型鋼限位設(shè)施與支承墊石之間塞橡膠支座。在型鋼限位設(shè)施下方設(shè)置鋼墊板，鋼墊板上鋪設(shè)橡膠墊與型鋼限位設(shè)施下部密貼，橋臺處在擋塊與體之間滿塞橡膠支座。

5?荷載試驗

根據(jù)連續(xù)梁橋的力學(xué)特點及梁體傾斜糾偏后的實際情況，為檢驗糾偏后橋梁的受力狀態(tài)及工作性能，驗證抵抗扭轉(zhuǎn)傾覆的加固措施，對橋梁進(jìn)行靜動荷載試驗。為了滿足糾偏后橋梁達(dá)到設(shè)計的承載力，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力包絡(luò)圖，并考慮應(yīng)力分布，按最不利受力原則選定截面，擬定相應(yīng)的試驗工況[3]。

5.1?靜載試驗

根據(jù)本橋梁的特點，5個墩臺的支座未更換，且橋梁曾產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)傾覆現(xiàn)象。除對主梁本身進(jìn)行試驗外，還應(yīng)對橋梁支座進(jìn)行加載試驗。本次共進(jìn)行9個工況的加載試驗，具體見表2。試驗靜載加載采用2臺東風(fēng)4機車，單臺機車質(zhì)量138 t，兩臺總質(zhì)量276 t，軸質(zhì)量23 t。

鐵路橋梁靜載試驗[4]采用2臺東風(fēng)4機車進(jìn)行加載，鐵路機車加載車示意圖如圖4所示。參照DF4型機車列出加載機車的相關(guān)參數(shù)見表3。

試驗荷載擬采用的試驗車輛在輪距、軸質(zhì)量方面模擬設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)荷載，并不存在對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超出設(shè)計范圍的局部荷載。試驗前對每輛加載車輛進(jìn)行配重，并對每輛車稱重編號。具體各工況加載數(shù)量及各車輪位布置根據(jù)各截面在最不利荷載作用下的有限元靜力分析結(jié)果確定。

在工況1～工況5的列車荷載作用下，支座的支反力分析結(jié)果見表4，與設(shè)計支反力相比，得出加載效率。

在工況6～工況9列車荷載作用下，主梁的彎矩圖如圖5、圖6所示。提取控制斷面的彎矩值，并于設(shè)計彎矩值相比，得到加載效率，見表5。

5.2?靜載試驗結(jié)果及分析

支座試驗結(jié)果如表6所示，各支座沉

降量相對較小，左右偏差0.01～0.19 mm之間，支座沉降數(shù)據(jù)正常，支座與主梁密貼良好。

撓度測試結(jié)果如表7所示，表中撓度均向下，從表中數(shù)據(jù)可看，校驗系數(shù)均在0.56～0.71之間，各工況卸載回零情況良好，表明在試驗荷載情況下結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。

各工況下，主梁各控制截面的應(yīng)力實測值和計算值比較、分析見表8。從表8可見，應(yīng)力實測值和理論值基本一致，各截面應(yīng)力校驗系數(shù)在0.31～0.82之間，表明各測試截面具有足夠的強度儲備。各工況下卸載回零狀況良好，說明結(jié)構(gòu)在荷載作用下處于彈性工作狀態(tài)。

6?結(jié)論

針對該預(yù)留橋的特點，詳細(xì)介紹了病害產(chǎn)生的原因并進(jìn)行了加固處理，采用荷載試驗進(jìn)行加固后分析，得出以下結(jié)論：

1）預(yù)留橋梁糾偏后各支座沉降正常，支卸載后支座殘余量較小，支座與主梁密貼良好。

2）試驗過程中無異常情況出現(xiàn)，梁體未出現(xiàn)裂紋及再次傾斜偏轉(zhuǎn)，在荷載的重復(fù)作用下，橋梁具有較好的幾何變形，且卸載后殘余值較小，表明結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)。

3）采用鋼結(jié)構(gòu)橫隔板，將預(yù)留橋梁和既有橋梁橫向連接起來，有效地提高橋梁整體剛度，增強了結(jié)構(gòu)的抗傾覆性能。

4）各工況作用下，控制截面實測應(yīng)力值小于理論計算值，糾偏后的整體結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳澤，周科文，廖勇剛.大跨徑連續(xù)梁橋病害成因分析及加固設(shè)計[J].公路，2013（1）：50-54.

[2]楊粵黔.預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋加固處理及靜載試驗分析[J].建筑監(jiān)督檢測與造價，2014，7（1）：12-15，30.

[3]李艷龍.雙線鐵路連續(xù)箱梁橋病害分析及荷載試驗研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015，5（27）.

[4]中華人民共和國鐵道部.鐵路橋梁檢定規(guī)范[S].鐵運函[2004]120，2004.