張 智 榮

(中國(guó)神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段，山西 忻州 036200)

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神朔線朱家川9號(hào)大橋運(yùn)營(yíng)性能試驗(yàn)分析

張 智 榮

(中國(guó)神華神朔鐵路分公司河?xùn)|運(yùn)輸段，山西 忻州 036200)

以神朔線圖號(hào)為專橋2059的32 m簡(jiǎn)支梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)測(cè)試列車動(dòng)力振動(dòng)特性，判斷了該橋當(dāng)前的實(shí)際工作狀態(tài)，結(jié)果表明，橋梁上部結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性均在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，3號(hào)橋墩墩頂橫向振幅值略大于規(guī)范規(guī)定的通常值，說(shuō)明該橋基本能夠滿足目前的運(yùn)輸需求，但是在開(kāi)行較大軸重貨車時(shí)建議進(jìn)行加固處理。

重載鐵路，梁體，橋墩，振動(dòng)特性

鐵路重載運(yùn)輸具有運(yùn)能大、效率高、運(yùn)輸成本低等優(yōu)勢(shì)，是大宗貨物最為經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)輸方式。我國(guó)客運(yùn)專線鐵路網(wǎng)建成后，鐵路運(yùn)輸?shù)目拓浄至鞒蔀楸厝悔厔?shì)，為我國(guó)鐵路重載運(yùn)輸提供必要的前提條件。提高貨車軸重、降低運(yùn)輸成本、提高經(jīng)濟(jì)效益是提高鐵路重載運(yùn)輸效率的重要措施之一[1,2]。早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)重載貨車軸重已達(dá)到25 t，隨后上升至30 t；20世紀(jì)90年代，北美開(kāi)始研制軸重35 t～37 t的大型貨車，運(yùn)輸效率極為顯著。我國(guó)鐵路貨車的最大軸重為25 t，發(fā)展30 t及以上軸重貨車重載運(yùn)輸是神朔鐵路貨運(yùn)發(fā)展的主要方向之一[3]。

神朔鐵路常用跨度橋梁以分片式簡(jiǎn)支T梁為主。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，全線共計(jì)1 561孔預(yù)應(yīng)力混凝土梁，占常用跨度橋梁總數(shù)的97.6%，圖號(hào)為2059的簡(jiǎn)支梁橋占總橋梁數(shù)的1.3%。神朔鐵路橋梁自建成通車以來(lái)，主力運(yùn)營(yíng)車型為C64K，C70A和C80，軸重分別為21 t，23 t和25 t；計(jì)劃開(kāi)行的重載車型為C96，KM96，軸重為30 t。

根據(jù)我國(guó)鐵路重載運(yùn)輸發(fā)展的迫切需求，開(kāi)展預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的重載技術(shù)研究，為我國(guó)既有鐵路開(kāi)行30 t及以上軸重貨車重載運(yùn)輸提供技術(shù)支撐，對(duì)促進(jìn)我國(guó)鐵路重載運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展具有重要意義[4]。

1 工程概況

1.1 專橋2059梁

專橋2059圖號(hào)梁的主要設(shè)計(jì)依據(jù)是《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》。設(shè)計(jì)荷載為“中—活載”。其中專橋2059A,專橋2059B的主要設(shè)計(jì)參數(shù)有梁長(zhǎng)32.6 m，梁高2.5 m，主梁中心距1.8 m，上翼緣寬3.9 m，混凝土標(biāo)號(hào)500號(hào)(略低于現(xiàn)在強(qiáng)度等級(jí)C50)，每片梁質(zhì)量約3.28 t/m[5]。

1.2 橋梁概述

神朔線165號(hào)(朱家川9號(hào))大橋，中心里程K116+365，位于保德—王家寨間，雙線橋，橋全長(zhǎng)337.4 m，孔跨式樣為10孔跨度32 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁定型圖號(hào)為專橋2059，設(shè)計(jì)荷載為“中—活載”，1994年建成。輕、重車線梁體分開(kāi)，府谷方橋臺(tái)為雙線埋式橋臺(tái)，朔方橋臺(tái)為雙線混凝土耳墻式橋臺(tái)，1,3,7,8,9號(hào)橋墩為雙線圓端形實(shí)體墩，定型圖號(hào)叁橋4027，2,4,5,6號(hào)橋墩為雙線圓端形空心墩，定型圖號(hào)壹橋4221。支座為高0.49 m的搖軸支座，支座固定端位于府谷端。混凝土沉井基礎(chǔ)及混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，1,8號(hào)墩基礎(chǔ)為挖孔樁基礎(chǔ)，橋上曲線半徑500 m，橋上線路坡度-11.1‰，基底土質(zhì)為砂巖、頁(yè)巖。上行線為重車線，無(wú)縫線路，鋼軌型號(hào)為75 kg/m，Ⅲ型軌枕；下行為輕車線，無(wú)縫線路，鋼軌型號(hào)為60 kg/m，Ⅱ型軌枕。橋梁概貌如圖1所示。

1.3 試驗(yàn)情況

通過(guò)測(cè)試列車作用下梁體跨中橫向振幅、豎向振幅、橫向振動(dòng)加速度、豎向振動(dòng)加速度以及動(dòng)撓度、撓度動(dòng)力系數(shù)、活動(dòng)支座位移，測(cè)試橋墩頂橫向及豎向振幅等參數(shù)，判斷該橋當(dāng)前的實(shí)際工作狀態(tài)。

165號(hào)橋動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

2 梁體測(cè)試結(jié)果分析

2.1 梁體振幅特性分析

1)梁跨中橫向振幅分析。

重車線第2孔梁跨中橫向振幅與行車速度的關(guān)系如圖3所示。列車通過(guò)時(shí)重車線第2孔梁跨中橫向振幅最大值為2.249 mm，為C64K列車通過(guò)時(shí)產(chǎn)生，相應(yīng)列車速度57.4 km/h。

在列車作用下，實(shí)測(cè)重車線第2孔梁跨中橫向振幅值與行車速度無(wú)明顯的關(guān)系。

重車線第3孔梁跨中橫向振幅與行車速度的關(guān)系如圖4所示。列車通過(guò)時(shí)重車線第3孔梁跨中橫向振幅最大值為1.723 mm，為會(huì)車時(shí)產(chǎn)生，會(huì)車情況為輕重車均為C64K貨車，輕車速度64.3 km/h，重車速度58.5 km/h。

在列車作用下，實(shí)測(cè)重車線第3孔梁跨中橫向振幅值與行車速度無(wú)明顯的關(guān)系。

按照《鐵路橋梁檢定規(guī)范》[6](以下簡(jiǎn)稱《橋檢規(guī)》)規(guī)定，貨列重車(v≤80 km/h)實(shí)測(cè)跨中橫向振幅通常值為L(zhǎng)/7.0B(B為支座中心距)，重車橫向振幅通常值為2.54 mm。實(shí)測(cè)重車線梁跨中橫向振幅最大值為2.249 mm，不超過(guò)《橋檢規(guī)》通常值的規(guī)定。

2)梁跨中豎向振幅分析。

重車線第2孔梁跨中豎向振幅最大值為1.211 mm，為會(huì)車時(shí)產(chǎn)生，會(huì)車情況為兩線均為C64K貨車，輕車速度64.3 km/h，重車速度58.5 km/h。重車線第3孔梁跨中豎向振幅最大值為1.304 mm，為C64K列車通過(guò)時(shí)產(chǎn)生，相應(yīng)列車速度57.4 km/h。

《橋檢規(guī)》對(duì)梁跨中豎向振幅沒(méi)有具體規(guī)定，可以參考其他同類型橋梁的經(jīng)驗(yàn)值，本橋梁跨中最大豎向振幅為1.304 mm，從以往測(cè)試經(jīng)驗(yàn)可知，本橋豎向振幅正常。

2.2 梁體振動(dòng)加速度特性分析

1)橫向加速度。

重車線第2孔梁跨中橫向加速度與行車速度的關(guān)系如圖5所示。列車通過(guò)時(shí)重車線第2孔梁跨中橫向加速度最大值為0.678 m/s2，為C80(輕車，55.7 km/h)與C70A(重車，57.3 km/h)會(huì)車時(shí)產(chǎn)生。

重車線第3孔梁跨中橫向加速度與行車速度的關(guān)系如圖6所示。列車通過(guò)時(shí)重車線第3孔梁跨中橫向加速度最大值為0.424 m/s2，為C80列車通過(guò)時(shí)產(chǎn)生，相應(yīng)列車速度62.6 km/h。

2)豎向加速度。

重車線第2孔梁跨中豎向振動(dòng)加速度最大值為0.996 m/s2，為C64K貨車以速度65.4 km/h通過(guò)時(shí)產(chǎn)生；重車線第3孔梁跨中豎向振動(dòng)加速度最大值為0.806 m/s2，為C64K貨車以速度60.4 km/h通過(guò)時(shí)產(chǎn)生。

參照《鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則》，提速160 km/h有碴橋梁豎向振動(dòng)加速度應(yīng)不超過(guò)3.5 m/s2。本橋重車線梁跨中豎向振動(dòng)加速度最大值為0.996 m/s2，滿足要求。

3 橋墩振動(dòng)特性分析

3.1 墩頂橫向振幅

在運(yùn)營(yíng)列車作用下，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)墩墩頂實(shí)測(cè)橫向振幅統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 墩頂橫向振幅測(cè)試統(tǒng)計(jì)

2號(hào)墩為空心墩，墩高41 m，墩身橫向平均寬度為7.064 m，擴(kuò)大基礎(chǔ)。3號(hào)墩為實(shí)體墩，墩高31.9 m，墩身橫向平均寬度為7.11 m，沉井基礎(chǔ)。4號(hào)墩為空心墩，墩高50 m，墩身橫向平均寬度為7.106 m，沉井基礎(chǔ)。

輕車線列車通過(guò)時(shí)，2號(hào)墩頂橫向振幅最大值為0.251 mm，重車線列車通過(guò)時(shí)，2號(hào)墩頂橫向振幅最大值為1.798 mm；輕車線列車通過(guò)時(shí)，3號(hào)墩頂橫向振幅最大值為0.356 mm，重車線列車通過(guò)時(shí)，3號(hào)墩頂橫向振幅最大值為1.635 mm，第二大值為1.423 mm。輕車線列車通過(guò)時(shí)，4號(hào)墩頂橫向振幅最大值為0.559 mm；重車線列車通過(guò)時(shí)，4號(hào)墩頂橫向振幅最大值為1.523 mm。可以看出重車線列車通過(guò)時(shí)的墩頂橫向振幅要遠(yuǎn)大于輕車線列車通過(guò)時(shí)的振幅值，并且橫向振幅大小不隨車輛軸重及列車速度增大而增大。

根據(jù)《橋檢規(guī)》10.0.7規(guī)定，混凝土墩身中高墩擴(kuò)大基礎(chǔ)和沉井基礎(chǔ)墩頂橫向振幅限值由式(1)求得：

(1)

其中，H1為墩高(自基頂或樁承臺(tái)頂至墩頂),m;B為墩身橫向平均寬度,m。

表2給出了墩頂橫向振幅最大值和《橋檢規(guī)》中規(guī)定的通常值?？梢钥闯?號(hào)墩及4號(hào)墩墩頂橫向位移值不大于規(guī)范規(guī)定的通常值，而3號(hào)墩墩頂橫向位移值略大于規(guī)定的通常值。為了開(kāi)行30 t軸重貨車的需要，建議對(duì)3號(hào)橋墩進(jìn)行加固處理。

表2 墩頂橫向振幅值對(duì)比 mm

3.2 墩頂豎向振幅

在運(yùn)營(yíng)列車作用下，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)墩墩頂實(shí)測(cè)豎向振幅統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，輕車線列車通過(guò)時(shí)，2號(hào)墩頂、3號(hào)墩頂、4號(hào)墩頂豎向振幅最大值分別為0.027 mm,0.024 mm,0.021 mm，重車線列車通過(guò)時(shí)，2號(hào)墩頂、3號(hào)墩頂、4號(hào)墩頂豎向振幅最大值分別為0.119 mm,0.042 mm,0.031 mm，豎向振幅值均很小?？梢钥闯鲋剀嚵熊囃ㄟ^(guò)時(shí)的墩頂豎向振幅平均值明顯要大于輕車列車通過(guò)時(shí)的豎向振幅平均值。雖然《橋檢規(guī)》沒(méi)有對(duì)橋墩頂豎向振幅作出具體規(guī)定，但是在開(kāi)行30 t軸重列車時(shí)要對(duì)墩頂?shù)呢Q向振幅做相應(yīng)的檢算。

表3 墩頂豎向振幅測(cè)試統(tǒng)計(jì)

3.3 橋墩橫向自振頻率

通過(guò)分析2,3,4號(hào)墩頂余振波型，得到2,3,4號(hào)墩橫向自振頻率分別為2.285 Hz,2.070 Hz,1.582 Hz。按照《橋檢規(guī)》及墩身尺寸計(jì)算，2,3,4號(hào)墩橫向自振頻率通常值分別為1.556 Hz,2.006 Hz,1.271 Hz，實(shí)測(cè)橫向自振頻率均大于《橋檢規(guī)》通常值，均滿足要求。

4 結(jié)論

本文以32 m跨度預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁(專橋2059)為研究對(duì)象，對(duì)神朔鐵路朱家川9號(hào)橋進(jìn)行了動(dòng)力振動(dòng)測(cè)試，為下一步開(kāi)行30 t軸重貨車積累技術(shù)數(shù)據(jù)，得到結(jié)論如下：

1)梁體跨中橫向振幅、豎向振幅、橫向加速度以及豎向加速度等指標(biāo)均在規(guī)范規(guī)定的限值之內(nèi)，跨中橫向振幅、橫向加速度以及豎向加速度與列車速度、車輛軸重、會(huì)車與否等并無(wú)較為顯著的關(guān)系，而跨中豎向振幅隨著行車速度的增加逐漸增大，在開(kāi)行較大軸重列車、行車速度提高的情況下需要對(duì)橋梁跨撓比進(jìn)行檢算。

2)重車線墩頂橫向振幅要遠(yuǎn)大于輕車線墩頂橫向振幅；3號(hào)墩墩頂橫向位移值略大于規(guī)定的通常值，為滿足開(kāi)行30 t軸重列車的需要，建議對(duì)3號(hào)墩橋墩進(jìn)行加固處理。

3)對(duì)于目前運(yùn)營(yíng)當(dāng)中的設(shè)計(jì)圖號(hào)為專橋2059梁的橋梁，考慮其遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)條件和近期使用安全，建議在對(duì)其全面檢測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加固處理。

[1] 龍衛(wèi)國(guó).既有重載鐵路橋梁提高軸重適應(yīng)性研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2013.

[2] 葛俊穎.橋梁工程(上)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2010.

[3] 胡所亭,牛 斌,柯在田.我國(guó)既有鐵路橋涵對(duì)大軸重貨車開(kāi)行適應(yīng)性分析[J].鐵道建筑,2013(3):1-4.

[4] 李峰幟.朔黃鐵路慈河特大橋運(yùn)營(yíng)性能評(píng)估試驗(yàn)研究[J].城市道橋與防洪,2014(7):183-187.

[5] 劉 楠,孫 弋,許建平.圖號(hào)為專橋2059的簡(jiǎn)支梁橋受迫振動(dòng)試驗(yàn)分析[J].鐵道建筑,2010(2):9-10.

[6] 鐵運(yùn)函[2004]120號(hào),鐵路橋梁檢定規(guī)范[S].

The test and analysis on operation performance of Zhu Jiachuan No.9 bridge of Shenshuo line

Zhang Zhirong

(HedongTransportSection,ChinaShenhuaShenshuoRailwayBranch,Xinzhou036200,China)

Taking the 32 m simple supported girder bridge of Shenshuo line drawing number for special 2059 as the research object, through testing the vibration characteristics of train power, determined the actual working state of the bridge, the results showed that the vibration characteristics of bridge superstructure within specification scope, the lateral amplitude value of No.3 pier top slightly larger than the standard value, the bridge could meet the transportation demand, but suggested that the reinforcement treatment in the opening line of large truck axle.

heavy haul railway, girder, pier, vibration characteristic

1009-6825(2017)15-0173-03

2017-03-12

張智榮(1975- )，男，助理工程師

U446

A