梁騰飛 程英鴿 賀園園

摘要：為保證現(xiàn)有鐵路舊橋梁運行的安全，需要定期的對其承載能力以及實際的工作情況進行全面檢測。本文以清綠支線黑河3#鋼筋混凝土梁橋為例，對其進行了外觀檢查、混凝土強度檢測、靜載試驗及動載試驗，闡述了鐵路鋼筋混凝土梁橋全面檢測的內(nèi)容與方法;根據(jù)實際得到的檢測結(jié)果，對該鋼筋混凝土梁橋自身的實際工作狀況進行了評估，對其后期的維修及加固工作提供依據(jù)。

Abstract： To ensure the safe operation of existing railway old bridges， the bearing capacity and actual working state of the bridge should be tested in a comprehensive way. In this paper， taking the Heihe 3#railway reinforced concrete beam bridge as an example， has carried out the outward appearance inspection， the pier and abutment strength detection， the static load test and the dynamic load tests， the inspection content and the method are expounded. Then on the basis of the test results， the working state of the bridge is evaluated， in order to provide a reference of the detection and reinforcement work of other bridge.

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土梁橋;承載能力;檢測;動載試驗

Key words： reinforced concrete beam bridge;bearing capacity;detection;dynamic load test

中圖分類號：U446 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）13-0081-03

0 ?引言

橋梁是鐵道線路的咽喉，對保證鐵路運輸?shù)臅惩ㄅc安全具有重要的意義，目前為止，我國擁有鐵路橋梁數(shù)量超過20萬座。伴隨著橋梁服役年限的增長、線路的提速、載荷的增加等因素，既有鐵路橋梁的工作狀態(tài)會出現(xiàn)下滑，會產(chǎn)生各種病害導致承載能力下降，這些問題都與結(jié)構(gòu)安全密切相關(guān)。因此對既有橋梁的承載能力進行檢測、對其服役狀態(tài)進行評估，并根據(jù)評估結(jié)果進行加固，是線路運營中必須重視的一個問題[1-5]。本文以清綠支線黑河3#鋼筋混凝土梁橋為例，對其健康狀態(tài)進行全面檢測評估，希望能對其他類似橋型提供參考和借鑒。

1 ?橋梁概況

黑河3號橋橋梁全長178.98m，橋上線路平坡直線，橋跨結(jié)構(gòu)由10孔16mП型普通鋼筋混凝土梁構(gòu)成。下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為沉井，基礎(chǔ)底部的土壤成分是砂質(zhì)膠結(jié)層，其墩身是鋼筋混凝土圓端形結(jié)構(gòu)，并且為了防止浮冰影響，在橋墩的上游側(cè)有用漿砌塊石構(gòu)造形成的破冰體結(jié)構(gòu)，橋臺施工按照“橋臺-大-106”定型圖進行，橋梁的設(shè)計荷載等級為中-22級。本橋現(xiàn)場示意圖如圖1。

2 ?橋梁檢測方案

2.1 檢測目的 ?通過對清綠支線黑河3#橋進行檢測試驗以及在此基礎(chǔ)上進行評估鑒定，達到下面的檢測目的：①評價橋梁整體的承載能力及健康狀況;②鑒定橋梁工程承載能力;③為橋梁及鐵道線路的安全運營、養(yǎng)護及維修提供依據(jù)。

2.2 測試流程 ?本次試驗主要內(nèi)容流程圖如圖2所示。

2.3 檢測內(nèi)容 ?該鋼筋混凝土梁橋的檢測不僅包括對上部橋跨結(jié)構(gòu)及下部墩臺混凝土強度的檢測、對橋梁外觀進行全面檢查，又包括對該橋進行的靜載及動載試驗，以期對全橋的工作狀態(tài)進行全面完整的評價。

2.3.1 墩臺混凝土強度檢測 ?混凝土實際強度，是決定承載等級的關(guān)鍵參數(shù)，同時也是試驗成果分析所必需，由于混凝土的抗壓強度受其表面碳化程度的影響比較大，且該橋由于已修建時間較長，碳化程度較大，因此需要通過采用回彈法來測定上部橋跨結(jié)構(gòu)及下部墩臺混凝土的抗壓強度，進而求出被測構(gòu)件的混凝土強度換算值。

2.3.2 橋梁外觀質(zhì)量全面檢查 ?依照橋梁結(jié)構(gòu)養(yǎng)護的有關(guān)規(guī)定[6]，[7]，對該橋應(yīng)進行全面的外觀質(zhì)量的檢查，其重點檢查的內(nèi)容主要包括：該橋梁梁體及墩臺混凝土表面裂縫或裂紋的發(fā)展情況、裂縫的深度和寬度以及裂縫對結(jié)構(gòu)承載狀況產(chǎn)生的影響;支座的位置是否準確、有無非正常變形及脫空情況;對道釘、橋枕狀況及橋面進行檢查。

2.3.3 靜載試驗 ?通過對橋梁進行靜載試驗，可以比較直觀的判別出結(jié)構(gòu)整體上的工作狀態(tài)以及承載能力，通過車輛產(chǎn)生等效荷載效應(yīng)對結(jié)構(gòu)實施加載，以得到其應(yīng)變及撓度。通過實測應(yīng)變值計算應(yīng)力及結(jié)構(gòu)檢校系數(shù)，評估橋梁的強度;通過實測撓度，計算撓跨比，并與計算值比較，評估橋梁的剛度。其試驗檢測內(nèi)容有：跨中位置截面撓度以及應(yīng)變;支座位置截面應(yīng)變。

2.3.4 動載試驗 ?進行動載試驗，通過試驗列車并輔以正常運營行駛的列車進行加載，能夠反映出橋跨結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的動力特性以及動力響應(yīng)，實測橋梁結(jié)構(gòu)的動應(yīng)變、動撓度、沖擊系數(shù)、自振頻率及阻尼比等，并將其跟理論計算值進行比較。主要的檢測內(nèi)容有：跨中位置截面的動撓度及動應(yīng)變;結(jié)構(gòu)的自振頻率以及阻尼比。

加載時采用兩臺東風4型機車，其軸重如圖3所示，采用機車速度從低到高，從10km/h到60km/h遞增的方式進行加載，并以通過列車荷載進行輔助測試。

2.4 測點布置 ?橋該鋼筋混凝土梁橋上部結(jié)構(gòu)共十跨，均是跨徑16m的簡支梁，綜合考慮，確定由東風往堿廠方向第三跨為試驗檢測的對象?？紤]到該橋梁體曾做過體外預應(yīng)力筋加固，如圖4所示，因此為了檢測該加固是否仍然有效，還需要對體外預應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變進行檢測。根據(jù)簡支梁橋的受力特點，在測區(qū)中對不同位置的應(yīng)變片進行布置并且編號，測量其應(yīng)變，如圖5所示，其中1號和2號測點設(shè)置在混凝土梁體上，3號到10號測點在梁體內(nèi)鋼筋上，而11號到18號測點則為設(shè)置在外加預應(yīng)力鋼筋上的測點。

為了測取撓度，在跨中梁底安放位移計兩個;為了便于分析梁的動力特性，在橋面的跨中位置分別放方橫向和豎向拾振器，以拾取橫向及豎向的動態(tài)信號，如圖6所示。

3 ?測試結(jié)果及分析

3.1 混凝土強度 ?通過回彈法，對該橋的梁體和橋墩混凝土的強度分別進行檢測，共劃分10個測區(qū)，檢測結(jié)果如表1所示。由檢測結(jié)果可知：梁體混凝土的抗壓強度為29.7MPa，滿足規(guī)范[8]要求;橋墩混凝土的抗壓強度為22.9MPa，不滿足規(guī)范要求。

3.2 橋梁外觀質(zhì)量 ?經(jīng)現(xiàn)場對該橋梁外觀檢查，梁底、墩底部分砼脫落;橋墩裂縫較多，且寬度較大;支座未發(fā)現(xiàn)脫空和非正常變形情況，其位置準確;發(fā)現(xiàn)部分結(jié)構(gòu)鋼筋存在外露現(xiàn)象;枕木受損嚴重，螺栓銹蝕，少數(shù)道釘脫離;梁體與軌道中心線局部偏移。該橋橋梁外觀不滿足規(guī)范要求。

3.3 靜載試驗測試結(jié)果

3.3.1 靜應(yīng)力 ?在工況作用下，測得跨中截面鋼筋及混凝土的應(yīng)力值，并與理論計算值進行了對比，其結(jié)果見表2及表3。校驗系數(shù)是判斷結(jié)構(gòu)工作狀況、評估其承載能力的一個重要指標，一般要求該系數(shù)應(yīng)小于等于1，該系數(shù)的結(jié)果越小則說明結(jié)構(gòu)的安全儲備越大，其值如果過大則說明結(jié)構(gòu)的強度、剛度較低或組成該結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件間的連接性較差等。鋼筋和混凝土的結(jié)構(gòu)校驗系數(shù)均大于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》的參考值范圍，表明結(jié)構(gòu)強度儲備較低，已不滿足設(shè)計要求。此外，對體外預應(yīng)力筋的應(yīng)變情況進行了實測，應(yīng)變情況如表4所示，其實測值偏小，表明外加鋼筋加固效果不明顯，起不到體外預應(yīng)力筋的效果，應(yīng)進行其他有效的加固。

3.3.2 跨中撓度 ?在采用東風4型機車單線加載，在荷載工況下，實測檢測孔跨中位置的撓度值，并和理論計算值進行對比，得到檢校系數(shù)，結(jié)果見表5。從結(jié)果中可知結(jié)構(gòu)的校驗系數(shù)超過了規(guī)范中規(guī)定的通常值0.55～0.65;將試驗荷載換算成中活載時，得其撓度最大值為4.62mm，大于4.0mm，即超過了規(guī)定的豎向撓跨比限值L/4000。表明該鋼筋混凝土梁橋的豎向剛度不滿足要求。

3.4 動載試驗測試結(jié)果 ?本次動載試驗列車采用東風4型雙機，過橋時速從低到高，分別以10km/h、30km/h、50km/h、60km/h的速度行駛通過橋梁，通過電阻應(yīng)變片及動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)，對試驗數(shù)據(jù)進行采集，分別記錄得到在不同試驗速度情況下的應(yīng)變-時程曲線和加速度-時程曲線，并對得到的曲線進行分析，求出結(jié)構(gòu)的加速度振幅、應(yīng)變及位移等;通過對得到的各振動信號及時程曲線進行分析，得到動載試驗的檢測結(jié)果如下。

3.4.1 加速度 ?通過對不同速度上下行時的加速度時程曲線進行分析，得到不同速度下不同位置處的豎向及橫向振動加速度，實測結(jié)果表明，該橋梁橫向振動加速度最大值為1.16m/s2，小于規(guī)范中要求的限值1.4m/s2，說明該橋梁能夠滿足火車舒適性較好的運行。

3.4.2 動撓度 ?通過分析得到的應(yīng)變-時程曲線，并結(jié)合位移計求出結(jié)構(gòu)的動撓度，將實測撓度值換算至中活載，得到撓度最大值為3.88mm，其撓跨比大于1/4000，超出了《檢規(guī)》中豎向撓跨比規(guī)定的通常值，由此反映了本橋的剛度不能滿足其正常工作的要求。

3.4.3 沖擊系數(shù) ?沖擊系數(shù)可根據(jù)記錄的動應(yīng)變來進行分析得到，可按下式進行計算：1+μ=σdmax/σsmax，式中：σsmax取本次波形的振幅中心軌跡線的頂點值，或低速（準靜態(tài)）最大應(yīng)力值;σdmax是實測的該點的最大動應(yīng)變值。

其次沖擊系數(shù)也可以根據(jù)記錄的動撓度來進行分析得到，按下式進行計算：1+μ=δdmax/δsmax，式中：δsmax取本次波形的振幅中心軌跡線的頂點值，或低速（準靜態(tài)）最大撓度值;δdmax是實測的該點的最大動撓度值。

在試驗荷載通過橋梁時，測得不同速度情況下梁體跨中應(yīng)變值，由其計算的沖擊系數(shù)最大值為1.103，測得不同速度情況下的動撓度值，由其計算的沖擊系數(shù)最大值為1.089，兩者非常接近，表明試驗數(shù)據(jù)可靠真實，并且兩者均小于規(guī)范設(shè)計值1.15，說明該橋梁的振動沖擊效應(yīng)能夠滿足要求。

3.4.4 橋梁固有參數(shù) ?由實測得到脈動波形，并對其進行譜分析，并由鐵路橋梁檢定規(guī)范提供的實測時域余振的波形自由振動衰減曲線，即可通過下面兩個公式進行計算，得到脈動時橋梁的阻尼比以及自振頻率，計算結(jié)果如表6所示。

把得到的實測結(jié)果和計算得到的理論值進行比較，發(fā)現(xiàn)兩者豎向相差2.2%，而橫向相差6.0%。和橫向頻率計算值相比，其實測頻率值已經(jīng)小于其6.0%，表明此鋼筋混凝土梁橋的橫向剛度和以前相比已經(jīng)有所減弱，是無法滿足列車提速要求的。

4 ?結(jié)論

①該橋橋跨結(jié)構(gòu)以前進行過體外預應(yīng)力加固，但加固效果不明顯，起不到體外預應(yīng)力筋的效果，應(yīng)進行其他有效的加固。②該橋橋跨結(jié)構(gòu)強度儲備較低，豎向剛度不滿足要求，橫向剛度已變?nèi)?，不滿足列車提速要求，為了確保運營安全，應(yīng)對橋跨結(jié)構(gòu)及橋墩分別采取有效的加固措施。③橋梁作為交通運輸?shù)难屎硪?，必需對其定期進行全面檢測，尤其是既有舊的服役年限已經(jīng)較長的鐵路橋梁。通過對橋梁進行健康狀態(tài)檢測，可對結(jié)構(gòu)的安全性能做出正確的評估，為進行結(jié)構(gòu)維修加固工作提供科學的參考依據(jù)，以確保結(jié)構(gòu)及線路的安全運營。

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