李 杰

(沈陽(yáng)鐵路局 吉林線橋檢測(cè)設(shè)計(jì)所，吉林省 吉林市 132001)

為適應(yīng)國(guó)家建設(shè)發(fā)展對(duì)鐵路運(yùn)輸需求，沈陽(yáng)局先后在既有線開(kāi)行1萬(wàn)噸、2萬(wàn)噸運(yùn)煤組合列車。為確保運(yùn)煤通道上的列車運(yùn)行安全，掌握萬(wàn)噸長(zhǎng)大組合列車運(yùn)行條件下橋涵的動(dòng)力響應(yīng)，分析研究既有線橋設(shè)備對(duì)運(yùn)行組合列車的適用性及相關(guān)對(duì)策，選取具有代表性的橋涵進(jìn)行動(dòng)力性能試驗(yàn)。

由于運(yùn)行組合列車通道上的既有線修建年代不同，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，且隨著23 t軸重 C70貨車的普遍運(yùn)用，貨車軸重已從21 t提高到23 t，組合列車編組已增加到250～260節(jié)，機(jī)車也增加到四臺(tái)。既有線橋涵設(shè)備是否具有足夠的強(qiáng)度以及橫、豎向剛度，是本次試驗(yàn)要解決的主要問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)了解橋涵設(shè)備在組合列車作用下的安全性和適用性，對(duì)不滿足安全運(yùn)營(yíng)的橋涵提出處理對(duì)策。

1 試驗(yàn)概述

1.1 試驗(yàn)橋涵的選型

試驗(yàn)橋涵選取具有代表性的32 m(專橋9700)、31.7 m(大65-138)、20 m(叁標(biāo)橋2024)預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋;10 m(專橋1014)、16 m(專橋1010)低高度鋼筋混凝土T形梁橋;10 m鋼筋混凝土Π形梁橋;3 m、4 m(肆橋5009)蓋板箱涵等10種類型?；A(chǔ)類型有擴(kuò)大基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等。

1.2 試驗(yàn)荷載

由于組合列車運(yùn)行通道運(yùn)輸繁忙，無(wú)法進(jìn)行編組列車試驗(yàn)，動(dòng)載試驗(yàn)荷載采用通過(guò)列車進(jìn)行;梁及橋墩振動(dòng)頻率采用環(huán)境微振動(dòng)方法進(jìn)行。

1.3 動(dòng)載試驗(yàn)內(nèi)容

1.3.1 橋梁試驗(yàn)內(nèi)容

1)混凝土梁跨中下翼緣混凝土動(dòng)應(yīng)變;

2)梁體跨中動(dòng)撓度;

3)梁體橫、豎向振動(dòng);

3)橋面橫向和豎向加速度;

5)墩頂橫向振動(dòng);

6)支座橫向和縱向動(dòng)位移;

7)列車速度和位置。

1.3.2 蓋板涵試驗(yàn)內(nèi)容

1)涵洞蓋板跨中動(dòng)撓度;

2)涵洞蓋板跨中混凝土動(dòng)應(yīng)變;

3)涵洞頂跨中豎向振幅;

4)涵洞跨中頂及過(guò)渡段(距終端邊墻0、5、10、20 m)軌枕豎向加速度;

5)涵洞蓋板底加速度;

6)涵洞邊墻縱向、豎向加速度;

7)列車速度和位置。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要選取31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁動(dòng)應(yīng)變和梁跨中橫、豎向振動(dòng);3 m蓋板涵動(dòng)撓度和涵頂、過(guò)渡段軌枕豎向加速度進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2.1 梁體跨中下翼緣混凝土動(dòng)應(yīng)變

31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁體跨中下翼緣應(yīng)變測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，典型實(shí)測(cè)應(yīng)變波形見(jiàn)圖1。

表1 梁體跨中下翼緣應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

圖1 實(shí)測(cè)一般列車、組合列車作用下梁跨中應(yīng)變時(shí)域波形

由表1可見(jiàn)，組合列車產(chǎn)生的梁體跨中下翼緣動(dòng)應(yīng)變與一般列車產(chǎn)生的梁體跨中下翼緣動(dòng)應(yīng)變接近，萬(wàn)噸級(jí)長(zhǎng)大組合列車對(duì)梁體強(qiáng)度影響不大。

2.2 梁體跨中橫、豎向振動(dòng)

實(shí)測(cè)31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁的橫向自振頻率為4.297 Hz，滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》橫向最低自振頻率通常值:預(yù)應(yīng)力混凝土梁f≥90/L=2.81 Hz(L=32 m)的要求。

梁的豎向自振頻率為3.81 Hz，滿足《新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》簡(jiǎn)支梁(20 m

跨中橫、豎向最大振幅測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，實(shí)測(cè)組合列車作用下梁體跨中橫、豎向振動(dòng)時(shí)域波形見(jiàn)圖2。

表2 梁體跨中振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

圖2 實(shí)測(cè)組合列車作用下梁體跨中橫、豎向振動(dòng)時(shí)域波形

由表2可見(jiàn)，橫向振幅均小于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》橋跨結(jié)構(gòu)橫向振幅通常值和安全限值1.31 mm和1.83 mm的要求。組合列車與一般貨車產(chǎn)生的梁體橫、豎向振動(dòng)等級(jí)屬同一數(shù)量級(jí)。

由測(cè)試結(jié)果表明，31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁的橫、豎向剛度滿足組合列車荷載動(dòng)力特性要求，橋梁整體穩(wěn)定性較好。

2.3 蓋板涵跨中動(dòng)撓度

單孔跨度3 m的分片式蓋板箱涵(填土厚度1.22 m和0.72 m)，跨中最大撓度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3，典型波形圖見(jiàn)圖3。

表3 跨中最大撓度測(cè)試結(jié)果

圖3 實(shí)測(cè)一般貨車、組合列車作用下蓋板箱涵跨中撓度時(shí)域波形圖

由表3測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，填土厚度1.22 m蓋板涵跨中最大撓度:客車為0.47 mm;一般貨車為0.51 mm;組合列車為0.55 mm，換算到中—活載下?lián)峡绫确謩e為1/6 794、1/6 226、1/5 767，均滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的鋼筋混凝土梁撓跨比通常值1/4 000的要求，并且組合列車通過(guò)涵洞時(shí)與一般貨車及客車通過(guò)時(shí)的跨中撓度相當(dāng)，豎向剛度滿足組合列車運(yùn)營(yíng)荷載需求。

填土厚度0.72 m蓋板箱涵跨中最大撓度:客車通過(guò)時(shí)為1.43 mm;一般貨車通過(guò)時(shí)為1.54 mm;組合列車通過(guò)時(shí)為1.56 mm。換算到中—活載下?lián)峡绫确謩e為1/1 678、1/1 563、1/1 537，均超過(guò)了《鐵路橋梁檢定規(guī)范》撓跨比通常值1/4 000的要求。其主要原因是未達(dá)到《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》中“涵洞頂至軌底的填土厚度不應(yīng)小于1.20 m”的要求，致使蓋板承受的沖擊力過(guò)大，同時(shí)造成多塊蓋板受力不均，撓曲變形不一(現(xiàn)場(chǎng)肉眼可觀察到蓋板之間上下錯(cuò)動(dòng))，導(dǎo)致了該涵的豎向剛度不足。

2.4 蓋板涵及過(guò)渡段軌枕豎向加速度

由涵洞及涵洞過(guò)渡段軌枕豎向加速度的測(cè)試，可得到動(dòng)荷載列車通過(guò)時(shí)涵洞與路基剛度轉(zhuǎn)換和軌道平順度變化情況，直接影響到行車安全和車輛舒適度指標(biāo)。測(cè)試結(jié)果未經(jīng)數(shù)字濾波(測(cè)試儀器抗混濾波頻率1 kHz)列于表4。

由表4可見(jiàn)，組合列車作用下和一般貨車作用下涵洞及涵洞過(guò)渡段軌枕處豎向加速度值在同一數(shù)量級(jí)，同時(shí)豎向加速度沒(méi)有突變，涵洞邊墻與路基轉(zhuǎn)角很小。線路整體穩(wěn)定、軌道平順度較高與近年來(lái)重載提速綜合試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

表4 涵洞及過(guò)渡段軌枕豎向加速度測(cè)試結(jié)果 m/s2

3 結(jié)論及建議

1)31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁強(qiáng)度、剛度和動(dòng)力性能均滿足現(xiàn)行活載的要求。在組合列車作用下，橋梁動(dòng)力性能與其它貨車基本一致，能滿足組合列車的安全運(yùn)行。

2)在組合列車活載作用下，單孔跨度3 m的分片式蓋板箱涵(填土厚度1.22 m)，豎向剛度和強(qiáng)度滿足現(xiàn)行活載要求，填土厚度1.22 m蓋板箱涵在組合列車作用下各動(dòng)力性能與其它貨車基本一致。

單孔跨度3 m的分片式蓋板箱涵(填土厚度0.72 m)，實(shí)測(cè)跨中撓度超限，主要是因?yàn)樘钔梁穸炔蛔阍斐傻摹?/p>

3)對(duì)撓度超限的蓋板箱涵，應(yīng)重視填土厚度的影響;如果建筑高度不允許，應(yīng)考慮改造。

[1] 胡東波.京九線橋梁橫向振幅超限的原因分析及加固措施［J］.鐵道建筑，2009(5):31-33.

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵運(yùn)函(2004)120號(hào) 鐵路橋梁檢定規(guī)范［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2004.