程英鴿 梁騰飛 賀園園

摘 要：為保證現(xiàn)有鐵路舊橋梁運(yùn)行的安全，需要定期的對(duì)其承載能力以及實(shí)際的工作情況進(jìn)行全面檢測(cè)。本文以清綠支線黑河2#鋼板梁橋?yàn)槔瑢?duì)其進(jìn)行了外觀檢查、墩臺(tái)強(qiáng)度檢測(cè)、靜載試驗(yàn)及動(dòng)載試驗(yàn)，闡述了鋼板梁橋全面檢測(cè)的內(nèi)容與方法;根據(jù)實(shí)際得到的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)該鋼板梁橋自身的實(shí)際工作狀況進(jìn)行了評(píng)估，對(duì)其后期的維修及加固工作提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋼板梁橋;承載能力;檢測(cè);動(dòng)載試驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.075

0 前言

橋梁是鐵道線路的咽喉，對(duì)保證鐵路運(yùn)輸?shù)臅惩ㄅc安全具有重要的意義，目前為止，我國(guó)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(zhǎng)、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(huì)出現(xiàn)下滑，會(huì)產(chǎn)生各種病害導(dǎo)致承載能力下降，這些問題都和結(jié)構(gòu)安全息息相關(guān)。因此對(duì)既有橋梁的承載能力進(jìn)行監(jiān)測(cè)、對(duì)其服役狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，是線路運(yùn)營(yíng)中必須重視的一個(gè)問題[1-2]。本文以清綠支線黑河2#鋼板梁橋?yàn)槔?，?duì)其健康狀態(tài)進(jìn)行全面檢測(cè)評(píng)估，希望能對(duì)其他類似橋型提供參考和借鑒。

1 橋梁概況

清綠支線黑河2#橋位于線路里程k191+068處，為直線鋼板梁橋，由6孔24米的上承式鋼板梁構(gòu)成，梁高1.92m，主梁中心距2m，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為中—22級(jí)，建成于上世紀(jì)60年代，已運(yùn)行五十多年，為保證橋梁及整個(gè)線路的運(yùn)營(yíng)安全，需對(duì)其進(jìn)行全面的承載能力檢測(cè)，為該橋維修及加固提供依據(jù)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 測(cè)試內(nèi)容

該鋼板梁橋的檢測(cè)既包括墩臺(tái)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)、橋梁外觀檢查，又包括對(duì)該橋進(jìn)行的靜載及動(dòng)載試驗(yàn)，以期對(duì)全橋的工作狀態(tài)進(jìn)行全面完整的評(píng)價(jià)。

2.1.1 墩臺(tái)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

混凝土實(shí)際強(qiáng)度，是決定承載等級(jí)的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)也是試驗(yàn)成果分析所必需，由于混凝土的抗壓強(qiáng)度受其表面碳化程度的影響比較大，且該橋由于已修建時(shí)間較長(zhǎng)，碳化程度較大，因此需要通過采用回彈法來測(cè)定下部墩臺(tái)混凝土的抗壓強(qiáng)度，進(jìn)而求出被測(cè)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度換算值。

2.1.2 橋梁外觀質(zhì)量全面檢查

參照相關(guān)養(yǎng)護(hù)規(guī)定[3-4]，對(duì)該橋外觀質(zhì)量進(jìn)行全面檢查，檢查項(xiàng)目主要包括：墩臺(tái)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(duì)結(jié)構(gòu)承載狀況產(chǎn)生的影響;橋梁鋼桿件有無銹蝕、硬彎、開裂、歪扭等現(xiàn)象，表面的油漆是否完好;支座的位置是否準(zhǔn)確、有無非正常變形及脫空情況;對(duì)道釘、橋枕狀況及橋面進(jìn)行檢查。

2.1.3 靜載試驗(yàn)

通過靜載試驗(yàn)?zāi)軌虮容^直觀的判斷出橋梁的工作狀況以及承載能力，通過車輛產(chǎn)生等效荷載效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)施加載，以得到其應(yīng)變及撓度。通過實(shí)測(cè)應(yīng)變值計(jì)算應(yīng)力及結(jié)構(gòu)檢校系數(shù)，評(píng)估橋梁的強(qiáng)度;通過實(shí)測(cè)撓度，計(jì)算撓跨比，并與計(jì)算值比較，評(píng)估橋梁的剛度。其檢測(cè)的內(nèi)容主要有支座截面位置的應(yīng)變，跨中位置截面的撓度及其應(yīng)變。

2.1.4 動(dòng)載試驗(yàn)

進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)，通過試驗(yàn)列車并輔以正常運(yùn)營(yíng)行駛的列車進(jìn)行加載，能夠反映出橋跨結(jié)構(gòu)在動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力特性以及動(dòng)力響應(yīng)，實(shí)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)撓度、沖擊系數(shù)、自振頻率及阻尼比等，并將其跟理論計(jì)算值進(jìn)行比較。主要的檢測(cè)內(nèi)容有：跨中位置截面的動(dòng)撓度及動(dòng)應(yīng)變;結(jié)構(gòu)的自振頻率以及阻尼比。

加載時(shí)采用兩臺(tái)東風(fēng)4型機(jī)車，其軸重如圖1所示，采用機(jī)車速度從低到高，從10km/h到60km/h遞增的方式進(jìn)行加載，并以通過列車荷載進(jìn)行輔助測(cè)試。

2.2 測(cè)點(diǎn)布置

運(yùn)用有限元分析軟件，計(jì)算橋梁在使用活載作用下的變形及內(nèi)力，以確定最大內(nèi)力及最大變形所在截面位置。試驗(yàn)橋梁為6孔24米上承鋼板梁橋，選擇第1孔鋼板梁為試驗(yàn)對(duì)象檢測(cè)，有限元模型如圖2所示。

2.2.1 靜力測(cè)試

對(duì)試驗(yàn)梁段跨中截面上下游的應(yīng)變及橋面撓度分別進(jìn)行測(cè)量，各應(yīng)力及撓度測(cè)點(diǎn)的布置如圖3所示。

2.2.2 動(dòng)力測(cè)試

動(dòng)力測(cè)試除了要實(shí)測(cè)跨中截面的動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)撓度，還需對(duì)梁體的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。動(dòng)應(yīng)力測(cè)試的測(cè)點(diǎn)和靜應(yīng)力測(cè)點(diǎn)相同，原則上每截面選取一個(gè)測(cè)點(diǎn)。橫向及豎向振動(dòng)測(cè)點(diǎn)及動(dòng)撓度測(cè)點(diǎn)如圖4。

3 測(cè)試結(jié)果及分析

3.1 橋墩混凝土強(qiáng)度

對(duì)本橋的橋墩混凝土進(jìn)行回彈檢測(cè)，共檢測(cè)10個(gè)測(cè)區(qū)。橋墩的混凝土的抗壓強(qiáng)度為32.5Mpa，滿足規(guī)范[5]要求。

3.2 橋梁外觀質(zhì)量

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該橋梁外觀檢查，發(fā)現(xiàn)鋼梁桿件表面存在油漆褪色，局部脫落及銹蝕現(xiàn)象;鉚釘有缺失、斷裂和松動(dòng)現(xiàn)象;支座的位置準(zhǔn)確、無非正常變形及脫空情況;道釘全部銹蝕，幾處道釘松動(dòng)，脫落;橋枕受損嚴(yán)重;橋墩及墩臺(tái)表面裂紋裂縫密集，橋墩下端混凝土被沖刷脫落。該橋橋梁外觀不滿足規(guī)范要求。

3.3 靜載試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

3.3.1 靜應(yīng)力

根據(jù)桿件的靜應(yīng)力實(shí)測(cè)值及計(jì)算值，上下游上下翼緣的結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)分別為0.65、0.38、0.82、0.51，均小于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》的參考值范圍0.85-0.95。表明該鋼板梁橋仍有一定的安全儲(chǔ)備，工作狀況較好。

3.3.2 跨中撓度

實(shí)測(cè)該鋼板梁跨中撓度值，計(jì)算得到其豎向撓跨比最大為1/1583，沒有超過《檢規(guī)》要求的限值1/1200，表明該鋼板梁橋的豎向剛度能夠滿足要求。

3.4 動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

本次動(dòng)載試驗(yàn)列車采用東風(fēng)4型雙機(jī)，過橋時(shí)速?gòu)牡偷礁?，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(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，分別記錄得到在不同試驗(yàn)速度情況下的應(yīng)變-時(shí)程曲線和加速度-時(shí)程曲線，并對(duì)得到的曲線進(jìn)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(duì)得到的各振動(dòng)信號(hào)及時(shí)程曲線進(jìn)行分析，得到動(dòng)載試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果如下。

3.4.1 動(dòng)應(yīng)變及沖擊系數(shù)

在試驗(yàn)荷載通過橋梁時(shí)，測(cè)得不同速度情況下梁體跨中實(shí)測(cè)應(yīng)變值。沖擊系數(shù)根據(jù)記錄的動(dòng)應(yīng)變來進(jìn)行分析得到，各工況下最大結(jié)構(gòu)動(dòng)力系數(shù)（1+）為1.126小于1.15（規(guī)范設(shè)計(jì)值）。表明鋼板梁橋振動(dòng)沖擊效應(yīng)滿足規(guī)范要求。

3.4.2 橋梁固有參數(shù)

通過得到的脈動(dòng)波形，對(duì)其進(jìn)行譜分析，分別得到橋梁上下游片梁的橫向及豎向自振頻率及阻尼比如表1所示，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，該鋼板梁橋自振頻率最小值為5.81HZ，大于3.54HZ，滿足規(guī)范規(guī)定。

3.4.3 加速度

通過對(duì)不同速度情況下列車在上下行時(shí)得到的加速度時(shí)程曲線分別進(jìn)行分析，得到該橋梁加速度。由結(jié)果可知，此橋的橫向最大振動(dòng)加速度為0.90m/s2，小于規(guī)范中規(guī)定的限值1.40m/s2，說明該橋梁能夠滿足火車舒適性較好的運(yùn)行。

3.4.4 振幅

試驗(yàn)荷載通過橋梁時(shí)，實(shí)測(cè)第一孔鋼板梁在不同速度下其上下游側(cè)和橋墩的橫向振幅值，得最大振幅值為0.58mm。按照《檢規(guī)》[6]中規(guī)定，在機(jī)車荷載作用下，橋跨結(jié)構(gòu)為板梁時(shí)橫向振幅行車安全限值要求為L(zhǎng)/6000=4mm。實(shí)測(cè)最大振幅在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)。

3.4.5 動(dòng)撓度

實(shí)得到列車以不同速度通過時(shí)的撓度波形圖，對(duì)其進(jìn)行分析，得到最大撓度，進(jìn)而計(jì)算出撓跨比。當(dāng)列車以60km/h通過時(shí)，上下行撓度比最大值分別是1/1434、1/1413;以50km/h通過時(shí)，上下行撓度比最大值分別是1/1464、1/1458，《檢規(guī)》中要求橋跨豎向撓跨比通常值在1/1200范圍內(nèi)，豎向撓跨比滿足要求，梁體工作正常。

4 結(jié)論

通過靜載及動(dòng)載試驗(yàn)，雖然橋跨結(jié)構(gòu)基本上仍能滿足規(guī)范要求，但其強(qiáng)度儲(chǔ)備已較低。因此為了確保線路運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)鋼板梁也應(yīng)采取一定的加固措施。橋梁作為交通運(yùn)輸?shù)难屎硪?，必需?duì)其定期進(jìn)行全面檢測(cè)，尤其是既有的服役年限較長(zhǎng)的鐵路舊橋。通過健康狀態(tài)檢測(cè)，對(duì)其安全性能做出正確評(píng)估，為維修加固提供參考依據(jù)，確保運(yùn)營(yíng)安全。

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基金項(xiàng)目：西安交通工程學(xué)院中青年基金項(xiàng)目“既有鐵路橋梁承載能力檢測(cè)與加固技術(shù)研究”，項(xiàng)目編號(hào)：KY18-08。

作者簡(jiǎn)介：程英鴿（1989-），女，陜西渭南人，本科，助教，主要研究方向：交通工程。