半穿式桁梁加固前后的橋梁運營性能比較

劉東生

(沈陽鐵路局 工務(wù)檢測所，沈陽 110006)

為了適應(yīng)我國鐵路既有線提速，一些橋梁在未達(dá)到使用壽命之前就必須進(jìn)行加固，以保證運營安全。本文通過對長大上行線K471+072第四鐵嶺河橋加固前后性能對比分析，探討類似橋梁加固方案的優(yōu)缺點。

1 橋梁概況

長大上行線K471+072第四鐵嶺河橋，位于鐵嶺至平頂堡站之間。該橋自1926年建成后，經(jīng)過多次技改及復(fù)舊工程，改造前最近一次工程是1997年更換的半穿式鋼桁梁，梁孔跨為9×33.7 m栓焊半穿式桁梁，其中1孔～4孔梁為直線梁，5孔～9孔梁為曲線梁，橋梁全長313.0 m。梁下設(shè)置鋼制輥軸支座，橋墩為圓端形混凝土墩，橋臺為U形鋼筋混凝土橋臺，橋墩基礎(chǔ)為鋼筋混凝土沉井基礎(chǔ)，橋臺基礎(chǔ)為木樁基礎(chǔ)，橋基底為砂黏土。橋上為有縫線路平坡，第1孔 ～8孔梁位于直線段，第9孔梁局部位于緩和曲線段，鋪設(shè)60 kg/m基本軌和護(hù)輪軌，橋面鋪設(shè)木枕，雙側(cè)為鋼筋混凝土步板人行道。

由于該橋橫向剛度和縱向剛度均較大，為滿足列車提速需要，2006年對下承半穿式桁梁進(jìn)行加固，加固方案為在下弦桿栓接∠160×160×16單邊角鋼，結(jié)點處用鋼板連接。加固材料用Q345。

加固方案見圖1。

2 測試分析

客貨列車通過后，測試第1孔梁左片上下弦、左片跨中橫向振動、右片跨中橫向振動和跨中動撓度，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，檢驗加固效果。

圖1 加固前后截面示意

1)橫向振幅測試結(jié)果分析

表1給出了橫向振幅加固前后測試分析結(jié)果。表中Amax為實測最大振幅，AI為超越或然率5%計算的最大振幅推斷值。在荷載平面處跨中橫向振幅行車安全限值［Amax］5%按《檢規(guī)》中表10.0.5-1中公式計算出的值為5.185 mm;在荷載平面處跨中橫向振幅通常值(Amax)5%按《檢規(guī)》中表10.0.5-2公式，依列車類型、車速不同分別計算出的貨列限值為2.785 mm、客列限值為1.075 mm。第1孔直線梁跨度L=33.7 m，寬B=5.50 m。通過AI值與《檢規(guī)》運營性能判別值對比可以看出，加固前和加固后客貨列的AI值均不超出《檢規(guī)》安全值范圍，加固前和加固后客列AI值均超出《檢規(guī)》通常值范圍。

加固后梁跨中橫向振幅減小。加固前和加固后平均車速比較接近的數(shù)據(jù)段為貨列60～70 km/h段，通過對比可以看出，跨中下弦橫向最大振幅推斷值由加固前的3.511 mm減小到3.057 mm，降低12.93%;跨中上弦橫向最大振幅推斷值由加固前的3.364 mm減小到2.808 mm，降低16.53%;左片跨中最大垂直振幅推斷值由加固前的2.262 mm增大到2.533 mm，增大了11.98%;右片跨中最大垂直振幅推斷值由加固前的2.264 mm增大到2.624 mm，增大了15.90%。

由以上分析可以看出，加固后橫向剛度得到明顯提高，同時也增大了列車對結(jié)構(gòu)垂直方向的擾動，增大結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)。由于下弦加固帶來的傳力增強效應(yīng)，梁端橫向振動顯著增大，但該振動小于跨中振動，不影響橋梁運營性能。

表1 加固前后振幅測試結(jié)果mm

2)自振頻率與阻尼測試結(jié)果分析

表2為自振頻率與阻尼加固前后測試結(jié)果。由于增大了下弦桿截面面積，提高了慣性矩值，梁的跨中橫向自振頻率由加固前的3.516 Hz提高到3.810 Hz，提高了8.36%;梁的跨中垂直自振頻率由加固前的5.665 Hz提高到5.860 Hz，提高了3.44%;結(jié)構(gòu)阻尼橫向提高32.22%，垂向提高87.55%。梁橫向剛度提高幅度遠(yuǎn)大于垂向，使橫向振動對垂直振動的影響降低。同時，由于加固不僅增加結(jié)構(gòu)質(zhì)量，同時也增大摩擦黏滯阻尼，使結(jié)構(gòu)阻尼也獲得一定提高。

3)動撓度測試結(jié)果分析

表2 加固前后自振頻率與阻尼

表3為加固前后動撓度及動力系數(shù)測試結(jié)果。其中δd為動態(tài)撓度，δj為靜態(tài)撓度，1+μ為動力系數(shù)。由表3可以看出，加固后梁跨中動撓度降低，豎向剛度明顯提高。而動力系數(shù)略有增大，但仍然低于《檢規(guī)》計算值1.38。

表3 加固前后動撓度及動力系數(shù)

3 結(jié)語

長大上行線K471+072第四鐵嶺河橋下弦桿外側(cè)的加固方式的優(yōu)點在于增大了梁的質(zhì)量及結(jié)構(gòu)阻尼，也增大了主梁下弦中心距和梁體橫向慣性矩，進(jìn)而提高了梁的橫向剛度。但這種僅僅加固下弦桿的方法也存在一些弊端，首先，加固后由于桁梁中性軸下移，上弦桿內(nèi)力增大，降低了上弦桿穩(wěn)定性。其次，加固后下弦桿實際軸線與桁梁其它桿件軸線不再共面，桿件處于偏心受力狀態(tài)，梁體振動過程中各構(gòu)件不協(xié)調(diào)扭變位增多，對支座橫向沖擊加劇。

考慮橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀特點及加固實際效果，若想大幅度提高該類橋梁剛度以滿足《檢規(guī)》通常值的要求難度將很大。

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