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        南昆線2×64 m上承式連續(xù)鋼桁梁裂紋病害整治

        2021-11-08 12:37:38呂映星
        鐵道運營技術(shù) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:裂紋焊縫

        呂映星

        (中國鐵路南寧局集團有限公司工電檢測所,工程師,廣西 南寧530001)

        南昆鐵路開通已愈20年,隨著運行時速和貨運量的逐步提升,加上山區(qū)鐵路地形條件、自然因素等影響,在長久高負荷運營情況下,鋼梁橋性能出現(xiàn)不同程度受力疲勞問題,直接或間接影響了鐵路運營安全和鐵路運輸效率。

        1 病害橋梁基本概況

        1.1 橋梁概況南昆線八渡4號大橋位于百色至威舍區(qū)段,中心里程為K345+738,全長355.3 m,孔跨布置:2×24 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+2×32 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+2×64 m栓焊上承式連續(xù)鋼桁梁+3×32 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。橋上線路為直線,平坡,單線橋梁,P60無縫鋼軌,引橋為有砟,主橋為明橋面。

        1.2 上承式鋼桁梁概況主橋2×64 m栓焊上承式連續(xù)鋼桁梁,鋼桁梁采用有豎桿平行弦三角形桁式,兩片主桁,桁間距4 m,桁高8 m,節(jié)間長度8 m,采用拼裝式節(jié)點,高強螺栓連接。鋼桁梁采用16Mnq(Q345q)鋼,高強螺栓材質(zhì)為40B或20MnTib。

        主桁桿件截面形式采用H形及箱形,弦桿和斜桿高度和寬度均為460mm,豎桿寬度460 mm,高度為460 mm和440 mm兩種,主桁板厚最大36 mm。

        主橫梁為H形,高度1 290 mm,翼緣尺寸240×12 mm,腹板尺寸1 266×10 mm,橫梁腹板上設(shè)2道加勁肋,尺寸110×12×1210 mm。

        鋼梁設(shè)置上、下平聯(lián)及橫聯(lián),均采用T形截面,上、下平聯(lián)采用帶橫撐的交叉形體系,橫聯(lián)采用交叉形體系。在每跨上平聯(lián)中部設(shè)置制動連接系,全橋共2處,在支座處設(shè)置下頂梁,全橋共3道。上平聯(lián)與主桁連接采T形節(jié)點板,豎向板、水平板尺寸分別為780×12×260 mm、780×10×303 mm。橫聯(lián)與主桁連接也采用T形節(jié)點板,豎向板與水平板的尺寸分別為320×10×260 mm和435×10×345 mm。

        2 鋼桁梁裂紋病害基本情況

        2.1 鋼桁梁裂紋病害統(tǒng)計及圖示設(shè)備管理單位按照相關(guān)規(guī)定對鋼梁橋進行檢查和日常保養(yǎng)維修作業(yè)發(fā)現(xiàn),南昆線八渡4號大橋上承式連續(xù)鋼桁梁橫梁端部上翼緣螺栓孔裂紋4處、上平聯(lián)節(jié)點板裂紋2處、橫聯(lián)節(jié)點板裂紋2處,共計8處,裂紋長度為65~320 mm、寬度0.1~0.2 mm。典型裂紋病害如圖1所示。

        圖1 節(jié)點板裂紋圖

        2.2 鋼桁梁裂紋病害具體情況8處裂紋發(fā)生在3根橫梁上,其中在橫梁端部上翼緣螺栓孔4處,有2處在同一截面已貫通,且有發(fā)展,病害較為嚴重,對結(jié)構(gòu)安全影響較大;上平聯(lián)節(jié)點板裂紋2處;橫聯(lián)節(jié)點板裂紋2處。病害具體情況見表1。

        表1 八渡4號大橋等鋼桁梁裂紋病害匯總表

        3 鋼桁梁裂紋病害原因分析

        3.1 鋼桁梁裂紋形成的受力機理

        3.1.1 橫梁端上翼緣螺栓孔處裂紋第1跨8號橫梁左側(cè)南寧端(3#)和昆明端(4#)最為典型和嚴重。該裂紋典型特征為橫穿上翼緣第一排螺栓孔,且垂直橫梁方向?qū)ΨQ分布在腹板兩側(cè)。這與橫梁上翼緣板在此處應(yīng)力最大是吻合的,主要由橫梁端部彎矩產(chǎn)生。

        3.1.2 平聯(lián)T形節(jié)點板裂紋第1跨2號橫梁左側(cè)南寧端(1#)和昆明端(2#)。該裂紋典型特征為裂紋在焊縫附近,且平行于焊縫軸向。由于裂紋不是起于該處凈截面最弱處,如螺栓孔處,而是焊縫附近,因此可能是因為焊縫內(nèi)存在的某種缺陷在后期的外力作用下其內(nèi)部裂隙向板件擴展延伸而形成的疲勞裂紋。

        3.1.3 橫聯(lián)T形節(jié)點板裂紋第2跨6號橫梁左側(cè)南寧端(6#)和昆明端(8#)橫聯(lián)T形節(jié)點板裂紋。表一中6#裂紋典型特征為裂紋在焊縫附近,且平行于焊縫軸向,表一中8#裂紋典型特征為裂紋起于節(jié)點板腹板的焊縫息弧處。與平聯(lián)T形節(jié)點板裂紋類似,由于裂紋不是起于該處凈截面最弱處,如螺栓孔處,而是焊縫附近,因此可能同樣是因為焊縫內(nèi)存在的某種缺陷在后期的外力作用下其內(nèi)部裂隙向板件擴展延伸而形成的疲勞裂紋。

        3.2 鋼桁梁產(chǎn)生裂紋成因

        3.2.1 運量和運速提升的影響自1997年12月開通運營以來,南昆鐵路旅客數(shù)及貨物發(fā)送量年年攀升,2005年全線旅客列車提速至100 km/h。2005年列車牽引能力由2 050噸提升至5 000噸,并于2011年開通了6 000噸重載列車;2002年全線能力由16對提高至43.5對,2012年客車8對、貨車33對;2013年全線年輸送能力由設(shè)計能力1 000噸提高到2 730噸,截至2017年5月,南昆鐵路每年最大輸送能力(單向)3 500萬噸。運輸通過能力接近設(shè)計限值,年輸送能力超過設(shè)計限值,加上列車運行提速及列車牽引能力提升,鋼梁負荷加大并在循環(huán)應(yīng)力作用下可能產(chǎn)生疲勞裂紋。

        3.2.2 通車年限長及橋梁不均勻沉降因素影響橋梁已通車24年,運營過程中橋墩的橫向偏差,不均勻沉降及地震等均有可能增大鋼梁扭矩,對橫梁端部造成不利影響,使得橫梁端部產(chǎn)生裂紋。

        4 鋼桁梁裂紋病害整治方案

        4.1 加固部位與方法共涉4處裂紋病害,對橫梁上翼緣和腹板上方采用增設(shè)鋼板進行加固。橫梁上翼緣板底兩側(cè)增設(shè)鋼板,鋼板尺寸110×16×640 mm,與上翼緣采用M22高強度螺栓連接,上翼緣需新增Φ 23鉆孔。橫梁腹板上方大小里程兩側(cè)增設(shè)鋼板,鋼板為160×12×480 mm,與腹板采用M22高強度螺栓連接,腹板需新增Φ 23鉆孔。典型整治方案圖見圖2。

        圖2 橫梁端部上翼緣螺栓孔處裂紋整治圖(3#、4#)

        八渡4號橋第一跨8號橫梁(3#、4#)左側(cè)裂紋已延伸到腹板上,這兩處在裂紋尖端進行鉆孔,防止裂紋進一步發(fā)展,要求止裂孔徑Φ 10mm,距離裂紋尖端10 mm。

        4.2 平聯(lián)T形節(jié)點板該類型第1跨2號橫梁左側(cè)南寧端(1#)和昆明端(2#)節(jié)點板2處裂紋病害,采用更換整個平聯(lián)T形節(jié)點板的方法進行整治,更換的平聯(lián)節(jié)點板豎向板尺寸780×16×260 mm,水平板尺寸780×16×340 mm。典型整治方案圖見圖3。

        圖3 平聯(lián)T形節(jié)點板裂紋整治圖(1#、2#)

        4.3 橫聯(lián)T形節(jié)點板該類型共涉及1個節(jié)點板2處裂紋病害(6#、8#),采用更換整個橫聯(lián)T形節(jié)點板的方法進行整治。更換后的橫聯(lián)節(jié)點板豎向板尺寸為320×16×260 mm,水平板尺寸為240×16×240 mm,橫向板尺寸435×16×345 mm。典型整治方案圖見圖4。

        圖4 橫聯(lián)T形節(jié)點板裂紋整治圖(6#、8#)

        4.4 鋼桁梁裂紋整治情況根據(jù)設(shè)計方案,目前已完成對南昆線八渡4號大橋中2×64 m栓焊上承式連續(xù)鋼桁梁裂紋病害整治,保證了橋梁安全和性能穩(wěn)定。病害整治后鋼桁梁現(xiàn)狀見圖5、圖6。

        圖5 橫梁端上翼緣螺栓孔處裂紋加固圖

        圖6 更換橫聯(lián)T形節(jié)點板圖

        5 結(jié)束語

        采用2×64 m上承式連續(xù)鋼桁梁裂紋方案分別對南昆線K342+074橫口3號大橋、K487+431木浪河大橋鋼桁梁類似病害進行整治,同樣取得較好效果。該方案具有較廣泛的推廣價值,為鐵路同類維修單位有效進行鋼桁梁裂紋病害整治,提供了啟示和借鑒。

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