朱占龍 王永東

（中鐵西北科學研究院有限公司，蘭州 730000）

神朔鐵路橋涵結構自建成通車以來，主要開行23 t以下軸重的貨物列車，近年來開始開行25 t軸重列車。該橋已運營20多年，應對其進行靜動載試驗以評估梁體的各項性能指標能是否滿足安全運營的要求［1-3］。

1 橋梁靜動載試驗內容及方法

神朔鐵路于1996 年7 月建成通車，為雙線鐵路，支座均采用搖軸支座。現(xiàn)投入運營的車輛有C64，C70，C80等車型，運營機車類型以SS4型及神華號為主［4-5］。試驗橋梁位于神朔線保德站—王家寨區(qū)間內，全橋為簡支T 梁橋，跨徑組合為4×32 m。其中，32 m 主梁（專橋2039 圖號）截面高度為2.60 m，截面形心距梁體底緣1.40 m。橋梁采用雙線圓端形橋墩，橋跨大里程側1#墩墩高13.40 m，墩底橫向寬7.41 m，屬低墩，采用樁基礎，基礎深19.9 m。橋跨小里程側2#墩墩高30.40 m，墩底橫向寬度7.98 m，屬中高墩，采用挖井基礎，基礎深0.8 m。

考慮車輛調配情況及測試效率，本次試驗調配1列“DF4+8×C80”進行靜載試驗。動載試驗時，重載貨車編組情況均為“SS4B×2+58×C80+SS4B×2+58×C80”，經(jīng)過測試得到6 組C80 貨車數(shù)據(jù)（實測速度為30.9～48.2 km/h）。本文選取不同速度級的3 組測試結果進行分析。

試驗橋簡支T 梁采用原“中-活載”設計，通過MIDAS/Civil 有限元軟件建立雙片T 梁有限元計算模型［6-7］進行理論分析。以跨中截面正彎矩最大值進行加載效率控制［8-9］，靜載試驗各級加載圖示見圖1。第1級—第3級加載輪位作用下跨中彎矩加載效率分別為0.46，0.65，0.88；第3 級加載輪位跨中撓度加載效率為0.86。第3級加載輪位作用下跨中彎矩加載效率為0.88，跨中撓度加載效率為0.86，滿足鐵運函〔2004〕120號《鐵路橋梁檢定規(guī)范》中對試驗荷載效率取0.8～1.0的要求。

圖1 靜載試驗各級加載圖示（單位：cm）

試驗內容：梁體跨中靜載應力與撓度；梁體跨中橫向振動，包括強振頻率、跨中振幅、自振頻率、跨中橫向加速度；梁體跨中豎向振動，包括自振頻率、動撓度、豎向加速度；2#墩橫向自振頻率；墩頂橫向振幅。

應變測點布置于主梁跨中向小里程方向偏移0.5 m處，結合現(xiàn)場測試條件撓度測點布置于跨中截面上緣，見圖2。

圖2 跨中截面測點布置（單位：cm）

2 靜載試驗結果

各級加載條件下主梁關鍵測點應力和撓度分別見表1和表2。

由表1 可知，實測雙片T 梁截面下緣最大拉應力6.21 MPa，小于理論值7.83 MPa。主測截面應力校驗系數(shù)最大值為0.79，小于鐵運函〔2004〕120 號中的通常值（0.9～1.0）。卸載時箱梁實測殘余應變很小。

表1 各級加載條件下主梁關鍵測點應力

表2 各級加載條件下主梁測點撓度

由表2 可知，實測跨中最大撓度11.73 mm，小于理論值17.34 mm。主測截面撓度校驗系數(shù)稍小于鐵運函〔2004〕120 號中的通常值（0.7～0.8）。卸載時箱梁實測殘余撓度較小。實測靜載最大撓度換算至中-活載作用下的撓度為13.64 mm，小于鐵運函〔2004〕120號的通常值L/1 800=17.7 mm（L為跨度）。

測試結果表明，梁體靜載抗彎強度及抗彎剛度滿足規(guī)范要求，試驗荷載下結構處于彈性受力狀態(tài)。

3 動載試驗結果

3.1 跨中豎向振動

經(jīng)智能數(shù)據(jù)采集和信號分析儀處理，得到動載條件下跨中梁體豎向振動參數(shù)，見表3。

表3 動載條件下跨中梁體豎向振動參數(shù)

基頻可以綜合反映跨度、剛度、恒載等因素對梁體自振特性的影響，簡支梁基頻計算公式為

式中：EI為梁體的剛度；q1，q2分別為單位長度梁體的自重和二期恒載；g為重力加速度。

32 m 簡支雙片T 梁豎向基頻數(shù)值計算結果為3.97 Hz，通常值為23.58L0.592=3.03 Hz。重載貨車條件下由環(huán)境微振動法測得梁體豎向基頻5.21 Hz 大于理論值及通常值，主梁動載剛度較大［6，10］。由于忽略了軌道結構約束對主梁豎向剛度的貢獻［11-12］，故梁體豎向基頻現(xiàn)場實測值比理論值偏大。本文32 m 梁體撓度動力系數(shù)設計值為1.19，實測撓度動力系數(shù)最大值1.09小于設計值。

3.2 橫向振動

動載條件下梁體橫向振動參數(shù)見表4?？缰辛后w橫向1階自振頻率理論值為3.08 Hz，由表4可知，環(huán)境微振動法測得橫向1階自振頻率大于理論值及通常值。另外，實測C80貨車運行條件下梁體橫向振幅及橫向加速度最大值遠小于通常值，說明結構橫向剛度較大［13-14］。

動載條件下橋墩橫向振動參數(shù)見表5。測試2#墩墩身橫向平均寬度計算值為7.64 m，墩高為30.40 m；1#墩墩身橫向平均寬度計算值為7.11 m，墩高為15.40 m。由表5 可知，橫向1 階自振頻率、橫向振幅實測值均滿足規(guī)范給出的通常值要求。

表4 動載條件下主梁橫向振動參數(shù)

表5 動載條件下橋墩橫向振動參數(shù)

通過截取振動時域波形中列車的最大振幅時段做最大熵法頻譜分析，求取機車和車輛對結構產生的強迫振動頻率。貨車以50 km/h 通過橋梁時，由采集到的振動時域圖得到主梁強振頻率在0.65～1.75 Hz，與梁體橫豎向自振頻率相差較大，不會出現(xiàn)共振情況。

3.3 支座位移

動載條件下支座位移見表6?？芍愗涇嚥煌瑫r速通行時，實測32 m 預應力混凝土梁活動支座縱向及豎向、固定支座豎向變形均勻，無異?，F(xiàn)象。

表6 動載條件下支座位移

4 結論

1）本文鐵路橋在最大運營重車條件下實測梁體的橫向自振頻率正常，列車通過時梁體橫向振幅正常，梁體橫向剛度尚能滿足鐵運函〔2004〕120 號《鐵路橋梁檢定規(guī)范》中的相關要求。現(xiàn)場實測中高墩橫向自振頻率、墩頂橫向振幅有一定富余量。

2）同類重載貨車條件下，隨著行車速度的變化，主梁豎向加速度、跨中撓度動力系數(shù)、跨中橫向振幅實測值與車速之間無線性變化趨勢；不同行車速度下?lián)u軸鋼支座活動正常。