金中凡

(湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院,湖北武漢 430063)

1 概況

甬臺溫鐵路為雙線電氣化鐵路,客貨共線，旅客列車運行時速250 km,貨物列車最高時速120 km。雁蕩山特大橋是甬臺溫鐵路重點工程之一,主橋斜跨甬臺溫高速公路,受線路高程控制,要求主橋結(jié)構(gòu)建筑高度小。橋式采用2-90 m下承式疊合無推力拱,鋼箱梁、鋼箱拱、三拱疊合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀。該橋式結(jié)構(gòu)不僅可采用較低的梁高,降低了整體工程造價,而且結(jié)構(gòu)具有較好的剛度條件。施工時先頂推就位,再利用橋面拼裝拱肋,施工簡便，對高速公路運營干擾小。

主橋立面布置如圖1所示。

圖1 主橋立面布置(單位：cm)

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 上部結(jié)構(gòu)

主橋2-90 m連續(xù)下承式疊合拱橋,計算跨徑2×90 m,全長184 m。兩主拱之間采用輔助拱肋聯(lián)結(jié),輔助拱肋總長102 m,與主拱軸線幾近相切,以保證傳力的順暢。鋼箱梁采用單箱多室等高度箱形截面,頂寬14.80 m,底寬12.60 m,頂板橫向傾斜形成2%的雙向橫坡,最大梁高為2.20 m。

主拱采用兩榀平行鋼箱拱肋,拱腳與鋼箱梁固結(jié),兩榀拱肋橫向中心距11.2 m,設(shè)計矢高f=18.00 m,矢跨比f/L=1∶5,拱軸線采用二次拋物線。主拱肋采用等高度箱形截面,箱高2.80 m,箱寬1.20 m。在兩孔鋼箱主拱間設(shè)置鋼箱輔助拱,輔助拱采用兩榀平行鋼箱拱肋,拱腳固結(jié)在主拱拱頂,拱頂縱向斷開橫向固結(jié),同時在輔拱頂與主拱之間設(shè)置斜腿支撐,用以改善輔拱受力狀況及全橋景觀。

主梁橫截面如圖2所示。

圖2 主梁橫截面(單位：mm)

2.2 下部結(jié)構(gòu)

本橋中墩位于高速公路兩幅車道中間。受公路限界控制,主墩頂帽采用SRC混凝土頂帽,主墩墩身采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用15φ1.5 m鉆孔樁；邊墩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)采用12φ1.25 m鉆孔樁。

3 動力測試目的及檢測內(nèi)容

試驗貨物列車采用25 t軸重C80系列貨車、23 t軸重C70(H)系列貨車,空重混編,試驗動車采用CRH2-010A綜合檢測車。

3.1 測試目的

通過測試橋梁自振特性和試驗貨物列車、CRH2-010A綜合檢測車以各種速度通過橋梁時的動力響應(yīng),與空間振動分析模型計算結(jié)果對比,分析理論計算與實測差距,據(jù)此判斷結(jié)構(gòu)在動載作用下的工作狀態(tài),判斷橋梁是否具有足夠的豎向和橫向剛度,分析、評價試驗貨物列車和CRH2-010A綜合檢測車通過橋梁時的安全性。主要內(nèi)容包括自振頻率、豎向撓跨比動撓度、豎橫向振幅、強振頻率、豎向振動加速度等。

3.2 評判標準

評判標準采用《新建時速200～250公里客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》(以下簡稱“250暫規(guī)”),《新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》(以下簡稱“200暫規(guī)”)和《鐵路橋梁檢定規(guī)范》(以下簡稱“檢規(guī)”)。

3.3 檢測內(nèi)容

(1)梁體豎向振動(含振幅、強振頻率、自振頻率、阻尼比)。

(2)梁體橫向振動(含振幅、強振頻率、自振頻率、阻尼比)。

(3)梁體控制截面的動應(yīng)變及動力系數(shù)。

(4)梁體控制截面動撓度及動力系數(shù)。

(5)梁端豎向轉(zhuǎn)角。

(6)橋面豎向振動加速度。

(7)橋墩橫向振動(含振幅、強振頻率、自振頻率)。

(8)列車速度和位置等。

3.4 測點布置

根據(jù)檢測目的,檢測點應(yīng)能反映橋梁的主要受力性能,測點布置如表1。

表1 主橋測點布置

3.5 試驗速度

通過橋梁時的試驗速度：貨物列車為79.4～119.4 km/h,CRH2-010A綜合檢測車為180.0～251.2 km/h。

4 動力測試結(jié)果及分析

4.1 自振頻率及振動阻尼比

“250暫規(guī)”規(guī)定簡支梁豎向自振頻率(Hz)不應(yīng)小于n0

實測及計算自振頻率見表2,兩者結(jié)果基本一致,都大于“250暫規(guī)”容許值。橫向及豎向振動阻尼比均與國內(nèi)外原型橋梁試驗結(jié)果吻合。

4.2 跨中豎向撓跨比和撓度動力系數(shù)

跨中豎向撓跨比按“250暫規(guī)”控制,規(guī)定梁體在ZK活載靜力作用下的豎向撓度(扣除支座豎向位移)不應(yīng)大于表3所列數(shù)值。

表2 自振頻率及振動阻尼比

表3 梁體的豎向撓度限值

試驗貨物列車、CRH2-010A綜合檢測車以5 km/h準靜態(tài)通過時,實測撓度推算試驗貨物列車、CRH2-010A綜合檢測車雙線加載時跨中最大撓度,換算至中-活載的跨中豎向撓跨比見表4。設(shè)計值與實測值基本接近,都遠大于“250暫規(guī)”容許值。

表4 中-活載撓跨比

在試驗貨物列車、CRH2-010A綜合檢測車作用下,實測撓度動力系數(shù)與運營動力系數(shù)的關(guān)系見圖3、圖4?？梢钥闯?實測CRH2-010A綜合檢測車作用下動力系數(shù)均小于運營動力系數(shù),試驗貨物列車作用下有部分超出運營動力系數(shù)的現(xiàn)象。

圖3 1/4跨實測與運營動力系數(shù)關(guān)系

圖4 跨中實測與運營動力系數(shù)關(guān)系

根據(jù)“200暫規(guī)”,貨物列車設(shè)計動力系數(shù)按下式計算：1+μ=1+(28/(40+L)),L為計算跨度。本橋貨物列車設(shè)計動力系數(shù)1+μ=1.215。試驗貨物列車作用下,實際運營列車的動力系數(shù)雖然部分超出運營動力系數(shù),但仍小于設(shè)計動力系數(shù),結(jié)構(gòu)是安全的。

4.3 梁端轉(zhuǎn)角

測試列車以5 km/h速度通過橋梁時的梁端豎向轉(zhuǎn)角,換算至中-活載下的梁端豎向轉(zhuǎn)角,以評定是否滿足梁端轉(zhuǎn)角限值的要求,試驗貨物列車、CRH2-010A綜合檢測車準靜態(tài)雙線加載時按梁端豎向轉(zhuǎn)角按暫規(guī)不應(yīng)大于2‰控制。實測值小于設(shè)計值,都滿足暫規(guī)要求。

4.4 墩頂及跨中振幅

實測試驗貨物列車、CRH2-010A綜合檢測車作用下,梁體跨中橫向及豎向振幅見表5,遠小于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》(以下簡稱“簡規(guī)”)振幅通常值的要求。

表5 墩頂及跨中振幅匯總 mm

注：括號內(nèi)為行車速度(km/h)。

在試驗車速范圍內(nèi),主橋梁體橫向均未發(fā)生共振現(xiàn)象；在235～250 km/h的速度下主橋出現(xiàn)豎向共振現(xiàn)象,但由于動車組質(zhì)量較小、編組較短,激勵能量有限,因此實測橋梁豎向振幅仍然很小。其他測點均未發(fā)生共振現(xiàn)象。

在試驗車速范圍內(nèi),墩頂均未發(fā)生共振現(xiàn)象。

4.5 梁體應(yīng)變及動力系數(shù)

圖5 實測與運營動力系數(shù)關(guān)系

在試驗貨物列車、CRH2-010A綜合檢測車作用下實測應(yīng)變動力系數(shù)與運營動力系數(shù)的關(guān)系見圖5。從關(guān)系圖中可以看出,實測動力系數(shù)小于運營動力系數(shù)。

試驗貨物列車、CRH2-010A綜合檢測車作用下的豎向動力作用與設(shè)計荷載的豎向動力作用比較見表6,實測豎向動力作用全部小于設(shè)計荷載的豎向動力作用。

表6 豎向動力作用作用比較

注：括號內(nèi)為行車速度km/h。

4.6 梁體振動加速度

梁體豎向振動加速度匯總見表7,在試驗貨物列車、CRH2-010A綜合檢測車作用下,實測梁體跨中最大豎向加速度(20 Hz低通數(shù)字濾波后)均滿足“暫規(guī)”3.50 m/s2的要求。

表7 梁體豎向加速度匯總 m/s2

5 結(jié)論

實橋動態(tài)檢測試驗表明,雁蕩山特大橋2-90 m疊合拱鐵路橋梁橫、豎向剛度較大,動力性能較好,能夠滿足120 km/h試驗貨物列車、250 km/h CRH2-010A綜合檢測車運行安全性和平穩(wěn)性的要求,目前該橋已正式投入運營。

通過對本橋動態(tài)檢測試驗和理論計算的結(jié)果對比分析,較為全面地分析了主橋結(jié)構(gòu)動力性能參數(shù)兩者的差異性,對提高客運專線橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)有重要意義。另一方面,通過對比可知,實際測試結(jié)果與設(shè)計理論、設(shè)計暫規(guī)之間存在一定差異,說明我國客運專線的設(shè)計標準還需要進一步通過運營實踐來檢驗。

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