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        半穿式桁梁加固前后的橋梁運營性能比較

        2011-05-04 08:07:24劉東生
        鐵道建筑 2011年5期
        關鍵詞:桁梁振幅撓度

        劉東生

        (沈陽鐵路局 工務檢測所,沈陽 110006)

        為了適應我國鐵路既有線提速,一些橋梁在未達到使用壽命之前就必須進行加固,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,橋墩基礎為鋼筋混凝土沉井基礎,橋臺基礎為木樁基礎,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60 kg/m基本軌和護輪軌,橋面鋪設木枕,雙側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行加固,加固方案為在下弦桿栓接∠160×160×16單邊角鋼,結點處用鋼板連接。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)橫向振幅測試結果分析

        表1給出了橫向振幅加固前后測試分析結果。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構垂直方向的擾動,增大結構動力響應。由于下弦加固帶來的傳力增強效應,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果mm

        2)自振頻率與阻尼測試結果分析

        表2為自振頻率與阻尼加固前后測試結果。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%;結構阻尼橫向提高32.22%,垂向提高87.55%。梁橫向剛度提高幅度遠大于垂向,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構質(zhì)量,同時也增大摩擦黏滯阻尼,使結構阻尼也獲得一定提高。

        3)動撓度測試結果分析

        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 結語

        長大上行線K471+072第四鐵嶺河橋下弦桿外側的加固方式的優(yōu)點在于增大了梁的質(zhì)量及結構阻尼,也增大了主梁下弦中心距和梁體橫向慣性矩,進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。

        考慮橋梁結構現(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。

        [1]中華人民共和國鐵道部.鐵運函[2004]120號 鐵路橋梁檢定規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社,2004.

        [2]董振升,楊宜謙,劉鵬輝,等.64 m下承式鋼桁結合梁的動力性能試驗研究[J].鐵道建筑,2009(5):36-40.

        [3]中華人民共和國鐵道部.鐵運函[2005]285號 新建時速200 km客貨共線鐵路設計暫行規(guī)定[S].北京:中國鐵道出版社,2004.

        [4]王水龍,吳定俊.半穿式桁梁橫向振動研究與控制[J].鐵道建筑,1998(3):25-27.

        [5]中華人民共和國鐵道部.鐵科技函[2006]747號 既有線路提速200 km/h技術條件(試行)[S].北京:中國鐵道出版社,2004.

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