朱秀玲

(中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100053)

1 建設(shè)條件概述

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能降耗，加強(qiáng)環(huán)保的政策，我國(guó)鋼鐵企業(yè)掀起了一股技術(shù)改造浪潮。技術(shù)改造一般在老廠(chǎng)區(qū)內(nèi)部進(jìn)行，場(chǎng)地受限，但產(chǎn)能提高后運(yùn)輸更加繁忙，因此，鐵路專(zhuān)用線(xiàn)立交工程增多。同時(shí)由于廠(chǎng)區(qū)鐵路荷載大、線(xiàn)路條件差，特載32 m下承栓焊鋼板梁在鋼鐵企業(yè)鐵水線(xiàn)上有著較為廣泛的應(yīng)用。下面以某鋼鐵企業(yè)鐵路專(zhuān)用線(xiàn)立交橋設(shè)計(jì)為例，論述特載(單軸420 kN)32 m下承栓焊鋼板梁的設(shè)計(jì)及其在鋼鐵企業(yè)鐵水線(xiàn)上的應(yīng)用。

某鋼鐵企業(yè)4#高爐易地改造工程新增二線(xiàn)鐵水運(yùn)輸線(xiàn)，建設(shè)單位要求單跨跨越2#公路及旱河，公路寬約15 m，河寬約12 m。橋梁位于半徑230 m的平曲線(xiàn)上。軌底與公路路面高差僅5.735 m。根據(jù)建設(shè)條件，確定該橋上部結(jié)構(gòu)采用下承栓焊鋼板梁，下部結(jié)構(gòu)采用樁基礎(chǔ)，T形橋臺(tái)。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

1)線(xiàn)路等級(jí):專(zhuān)用鐵路。

2)線(xiàn)路條件:平曲線(xiàn)半徑為230 m;縱坡為17‰。

3)橋梁限界:橋限—Ⅰ。

4)設(shè)計(jì)活載:特種活載，其圖式見(jiàn)圖1。

圖1 特重活載車(chē)軸分布(單位:m)

5)豎向剛度:計(jì)算跨度×1/900。

6)計(jì)算跨度:32 m。

3 上部結(jié)構(gòu)選型

本橋梁活荷載單軸重達(dá)420 kN，軸距最小0.9 m，最大1.2 m。這種特載比鐵路中—活載大得多，顯然不能按常規(guī)設(shè)計(jì)選用標(biāo)準(zhǔn)圖，需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。制約條件歸納見(jiàn)圖2。

圖2 上部結(jié)構(gòu)選型流程

4 上部結(jié)構(gòu)分析

鋼梁主要構(gòu)件由兩側(cè)的工字形主梁、連接在主梁上的橫梁及連接在橫梁上的縱梁組成，梁高分別為4 578 mm、1 280 mm和 632 mm，列車(chē)從主梁中間通過(guò)。鋼梁材質(zhì)為Q345qE，橫截面如圖3所示。

1)計(jì)算理論

鋼板梁主梁、橫梁及縱梁均為鋼構(gòu)件，采用平面桿系有限元法進(jìn)行分析計(jì)算。

2)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

鋼構(gòu)件重度為78.5 kN/m3，考慮恒載增大系數(shù)為1.035(焊縫及高強(qiáng)螺栓)，而實(shí)際設(shè)計(jì)取值為81.25 kN/m3。

橋面二期恒載:線(xiàn)路設(shè)備重為24.6 kN/m。

設(shè)計(jì)荷載:特重活載(見(jiàn)圖1)。

圖3 鋼板梁橫截面圖(單位:mm)

動(dòng)力系數(shù):由于本橋?yàn)閷?zhuān)用線(xiàn)橋梁，最高行車(chē)速度僅為15 km/h，故不計(jì)沖擊力。

3)荷載組合

根據(jù)鐵路規(guī)范，分別按主力及主力+附加力兩種荷載組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)算。

主力組合:結(jié)構(gòu)重力+特載+離心力+橫向搖擺力。

附加力組合:結(jié)構(gòu)重力+特載 +離心力 +制動(dòng)力+溫度影響力。

計(jì)算模型:按照主梁簡(jiǎn)支于支座上，橫梁簡(jiǎn)支于主梁上及縱梁簡(jiǎn)支于橫梁上，分別分析各主要構(gòu)件受力情況。

4)主要驗(yàn)算結(jié)果

主梁由Q345qE鋼板焊制成工字形斷面鋼梁，跨中為雙層蓋板。主梁主力組合下的應(yīng)力與撓度等主要指標(biāo)，見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，主梁主要控制指標(biāo)均符合規(guī)范要求。主梁主要控制指標(biāo)為應(yīng)力幅，其它各項(xiàng)指標(biāo)均富余較大，這是特重荷載鋼梁的一個(gè)顯著特點(diǎn)。

表1 主梁主力組合下的力學(xué)指標(biāo)

5 上部結(jié)構(gòu)檢測(cè)

32 m下承簡(jiǎn)支栓焊鋼板梁，承受特重荷載，所處線(xiàn)路條件很差。鑒于在同類(lèi)型橋梁中沒(méi)有應(yīng)用先例，決定橋梁建成后做荷載試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)構(gòu)的可靠性，確保運(yùn)營(yíng)安全。由于加載條件有限，試驗(yàn)列車(chē)荷載較設(shè)計(jì)委托的荷載標(biāo)準(zhǔn)有所降低，見(jiàn)圖4。因此，荷載試驗(yàn)前通過(guò)理論計(jì)算求出換算系數(shù)，最終推算出實(shí)際開(kāi)行列車(chē)荷載下的結(jié)構(gòu)受力狀況。

圖4 試驗(yàn)荷載圖示(單位:m)

荷載試驗(yàn)在建設(shè)單位的大力配合下，嚴(yán)格按照《鐵路橋梁檢定規(guī)范》(鐵道部鐵運(yùn)函［2004］20號(hào)，以下簡(jiǎn)稱(chēng)《橋檢規(guī)》)順利完成。

1)主梁應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

在5 km/h準(zhǔn)靜載作用下主梁跨中彎曲應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 主梁跨中彎曲應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果

2)跨中撓度測(cè)試結(jié)果

兩片主梁在試驗(yàn)荷載作用下，跨中實(shí)測(cè)最大撓度值見(jiàn)表3。

表3 左右片主梁實(shí)測(cè)最大撓度值

3)自振頻率測(cè)試結(jié)果

本次試驗(yàn)鋼梁的橫豎向自振頻率采用余振法進(jìn)行分析，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)鋼梁橫豎向自振頻率 Hz

4)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

在列車(chē)速度為14.1 km/h情況下，主梁振動(dòng)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 主梁振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

6 結(jié)論

針對(duì)本特載下32 m下承栓焊簡(jiǎn)支鋼板梁使用條件的特殊性，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造和安裝等各方共同努力下，經(jīng)荷載試驗(yàn)檢定的上述數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論:

1)橋梁跨中實(shí)測(cè)最大應(yīng)力為37.95 MPa，校驗(yàn)系數(shù)為0.75，僅達(dá)到《橋檢規(guī)》下限，主梁的強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2)實(shí)測(cè)跨中最大撓度為7.80 mm，換算到設(shè)計(jì)活載的撓跨比為1/2 462，小于設(shè)計(jì)撓跨比1/1 649。實(shí)測(cè)豎向自振頻率為9.28 Hz，是《橋修規(guī)》限值3.03 Hz的3.1倍，梁的豎向剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3)實(shí)測(cè)橫向自振振幅為5.36 Hz，是《橋檢規(guī)》限值3.13 Hz的1.9倍，實(shí)測(cè)梁的跨中最大振幅為0.24 mm，僅為《橋檢規(guī)》限值1.88 mm的1/7。梁的豎向剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4)實(shí)測(cè)最大橫向和豎向振動(dòng)加速度分別為0.06 g和0.02 g，遠(yuǎn)小于《橋規(guī)》限值，也表明梁的橫向和豎向剛度滿(mǎn)足要求。

綜上所述，主梁實(shí)測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，有些指標(biāo)安全儲(chǔ)備較大，說(shuō)明鋼梁設(shè)計(jì)、制造及安裝質(zhì)量高，可按設(shè)計(jì)活載正常運(yùn)用。由于荷載試驗(yàn)條件限制，試驗(yàn)荷載較設(shè)計(jì)荷載低，實(shí)測(cè)值相應(yīng)偏低，加之橋梁所處線(xiàn)路條件很差，所測(cè)試數(shù)據(jù)有較大的安全儲(chǔ)備是必要的。

［1］鐵道專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院.鋼橋［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2003.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.