羅慧剛

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 肅寧分公司，河北 肅寧 062350)

朔黃鐵路64 m雙線栓焊鋼桁梁強(qiáng)化改造技術(shù)研究

羅慧剛

(朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司 肅寧分公司，河北 肅寧 062350)

為實(shí)現(xiàn)在朔黃鐵路規(guī)模化開行2萬 t重載列車，年運(yùn)量達(dá)到4億 t及以上的生產(chǎn)目標(biāo)，需要對既有鐵路橋涵進(jìn)行重載適應(yīng)性評估及強(qiáng)化改造，以確保重載運(yùn)輸條件下既有橋涵的運(yùn)營安全。本文對朔黃鐵路64 m雙線栓焊鋼桁梁進(jìn)行了橋梁狀態(tài)檢測，針對鋼桁梁的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了強(qiáng)化改造技術(shù)研究，確定了在主桁桿件翼緣板內(nèi)側(cè)栓接鋼板，在縱梁下翼緣栓接鋼板的加固方案，并實(shí)施了強(qiáng)化改造。改造后效果達(dá)到預(yù)期。

重載 鋼橋 疲勞 加固

根據(jù)神華集團(tuán)“十二五”規(guī)劃，神華鐵路加快了包神、神朔、朔黃作為“西煤東運(yùn)”主通道的擴(kuò)能建設(shè)，通過對既有路網(wǎng)的擴(kuò)能改造來提升運(yùn)能，實(shí)現(xiàn)朔黃鐵路規(guī)模化開行2萬t重載列車、年運(yùn)量達(dá)到4億t及以上的生產(chǎn)目標(biāo)。而我國鐵路橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)的運(yùn)營車型軸重在25 t及以下，若開行軸重在30 t及以上的重載列車，將對既有鋼橋的承載能力和疲勞壽命產(chǎn)生影響［1］。因此為保證大軸重運(yùn)輸條件下的運(yùn)營安全，對朔黃鐵路既有64 m雙線栓焊鋼桁梁進(jìn)行了橋梁狀態(tài)檢測及強(qiáng)化改造技術(shù)研究，針對薄弱環(huán)節(jié)確定了加固方案，實(shí)施強(qiáng)化改造。

1 橋梁概況

朔黃鐵路64 m雙線栓焊鋼桁梁，位于神池南至肅寧段內(nèi)，跨京港澳高速公路，橋梁概貌如圖1所示。鋼桁梁桁高11 m，主桁中心距9.732 m，節(jié)間長8 m，計(jì)算跨度64 m，橋上承載雙線鐵路，按雙線中—活載設(shè)計(jì)，鋼梁主桁、橋面系、橫聯(lián)、上下平縱聯(lián)等均采用16 Mnq鋼，主桁上下弦桿截面形狀采用焊接 H形，桿件寬460 mm，高600 mm，最大板厚32 mm，腹桿除E0A1和A3E2采用箱形桿件外，其余均采用H形桿件，豎桿因考慮軸向力和橫聯(lián)彎矩的組合作用采用不對稱截面，主桁內(nèi)側(cè)翼板加厚，采用16 mm厚板，外側(cè)板厚度為12 mm。橋面系縱、橫梁均為焊接工字形，縱、橫梁為不等高設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的布置上，采用縱、橫梁上翼緣頂齊平，用魚形板聯(lián)接，在縱梁下端設(shè)三角形隅撐以承受縱梁端支點(diǎn)負(fù)彎矩的壓力［2］。

圖1 朔黃鐵路64 m雙線栓焊鋼桁梁橋概貌

2 64 m雙線鋼桁梁狀態(tài)檢測

在橋梁重載適應(yīng)性研究之初，為掌握橋梁目前的運(yùn)營狀態(tài)和服役情況，分別進(jìn)行了靜、動(dòng)載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)的測試項(xiàng)目主要有:①控制桿件靜應(yīng)變;②跨中處靜撓度;③活動(dòng)支座縱向位移。動(dòng)載試驗(yàn)主要測試結(jié)構(gòu)的動(dòng)力系數(shù)、振動(dòng)特征(振幅、頻率、模態(tài)振型、阻尼比)等數(shù)據(jù)。應(yīng)變測點(diǎn)位置分布如圖2所示。

圖2 應(yīng)變測點(diǎn)位置分布

靜載試驗(yàn)列車由1輛 DF4D機(jī)車和6輛 C80車輛組成，機(jī)車及車輛軸重軸距圖式如圖3所示。靜載試

驗(yàn)加載工況分別考慮測試桿件軸力最大、縱梁跨中彎矩最大、橫梁跨中彎矩最大及主梁撓度最大等進(jìn)行單線靜態(tài)加載，實(shí)際輪位偏差控制在 ±10 cm以內(nèi)。測試儀器如圖4所示。

圖3 靜載試驗(yàn)機(jī)車及車輛軸重軸距圖式(單位:m)

64 m雙線鋼桁梁在試驗(yàn)列車荷載作用下，構(gòu)件測試結(jié)果及計(jì)算結(jié)果對比見表1?？梢妼?shí)測值與理論計(jì)算值吻合較好，主要受力構(gòu)件的截面受力未見削弱現(xiàn)象。

動(dòng)態(tài)測試中，鋼梁橫向一階自振頻率為 2.175 Hz，豎向一階自振頻率為4.075 Hz，跨中橫向振幅最大值為1.550 mm，跨中橫向加速度最大值為 0.535 m/s2，跨中豎向振幅最大值為2.549 mm。

圖4 測試儀器

表1 橋梁主要受力構(gòu)件靜載測試結(jié)果及計(jì)算結(jié)果對比 MPa

靜、動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果說明，64 m雙線鋼桁梁在現(xiàn)有運(yùn)營列車荷載作用下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及各項(xiàng)動(dòng)力性能指標(biāo)均滿足橋檢規(guī)要求［3-4］，并有一定的安全儲(chǔ)備，橋梁現(xiàn)有維護(hù)狀況較好。

3 強(qiáng)化改造技術(shù)研究

根據(jù)前期鐵科院對朔黃鐵路既有64 m雙線鋼桁梁橋的重載適應(yīng)性研究結(jié)果，在軸重30 t重載列車作用下，鋼橋的強(qiáng)度和穩(wěn)定性基本能夠滿足規(guī)范要求，而個(gè)別受拉構(gòu)件及以拉為主的拉—壓構(gòu)件的疲勞問題較為突出，如斜桿A1E2、局部受力的豎桿、橋面系縱梁及聯(lián)接縱橫梁的魚形板，建議對上述構(gòu)件及聯(lián)接進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)。加固改造對象及位置示意如圖5所示。

圖5 加固對象及位置示意

本次強(qiáng)化改造的目的是降低構(gòu)件的應(yīng)力幅?？紤]到鋼結(jié)構(gòu)對耐久性的要求及實(shí)際加固效果，采用的加固方法為在原構(gòu)件上拼接鋼板或角鋼來增大構(gòu)件截面積，從而有效降低重載作用下的疲勞應(yīng)力幅，以保證橋梁使用壽命。

3.1 加固方案研究

主桁桿件的加固方式為:①在H形桿件的翼緣板上加設(shè)角鋼［5］;②在H形桿件的翼緣板上加設(shè)鋼板。主桁桿件加固方案對比見表2。

縱梁的加固方式為:①在工字形桿件的翼緣板上加設(shè)角鋼;②在工字形桿件的翼緣板上加設(shè)鋼板?？v梁加固方案對比見表3。

綜合考慮加固效果、現(xiàn)場施工難度、施工過程不能中斷運(yùn)營等多方面因素，最終采用在主桁桿件翼緣板內(nèi)側(cè)栓接鋼板的方法對主桁桿件進(jìn)行加固，在縱梁下翼緣栓接鋼板的方法對縱梁進(jìn)行加固。魚形板位于縱、橫梁聯(lián)接處，承受拉應(yīng)力較大，為降低重載列車作用下此處的疲勞拉應(yīng)力，建議將原魚形板更換為規(guī)格更大的鋼板。

3.2 強(qiáng)化改造實(shí)施效果

根據(jù)加固方案對64 m雙線鋼桁梁進(jìn)行了加固改造施工，歷時(shí)2個(gè)月，未對線路的正常運(yùn)營產(chǎn)生任何影響。同時(shí)施工中為保證結(jié)構(gòu)安全和加固效果，分別對橋面線形、部分構(gòu)件應(yīng)力和節(jié)點(diǎn)位移進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果顯示，加固過程中各主桁節(jié)點(diǎn)位移沒有錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，橋面線形及構(gòu)件受力正常，加固板件與原構(gòu)件共同受力，且加固后縱梁應(yīng)力減小35%，加固效果達(dá)到預(yù)期?？v梁應(yīng)變測點(diǎn)布置如圖6所示，縱梁下翼緣加固前后應(yīng)變測試結(jié)果見表4。

表2 主桁桿件的加固方案對比

表3 縱梁的加固方案對比

圖6 縱梁應(yīng)變測點(diǎn)布置示意

表4 縱梁下翼緣加固前后應(yīng)變測試結(jié)果 ×10－6

4 結(jié)論

通過對朔黃鐵路64 m雙線鋼桁梁加固前的狀態(tài)檢測、強(qiáng)化改造技術(shù)研究及加固前后的測試驗(yàn)證，得到以下主要結(jié)論:

1)加固前橋梁狀態(tài)良好。橋梁測試構(gòu)件的實(shí)際受力與理論計(jì)算值吻合得較好，梁體各項(xiàng)動(dòng)態(tài)測試指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

2)通過現(xiàn)場打孔、高強(qiáng)度螺栓拼接鋼板的措施加固主桁桿件和橋面系構(gòu)件，可有效降低構(gòu)件應(yīng)力幅值，加固效果明顯，且加固后梁體的各項(xiàng)性能指標(biāo)較原結(jié)構(gòu)沒有降低。

［1］崔鑫，王麗，趙欣欣.重載運(yùn)輸條件下我國既有鐵路鋼橋適應(yīng)性研究［C］//鐵路重載運(yùn)輸技術(shù)交流會(huì)論文集.北京:中國鐵道出版社，2014:329-336.

［2］中華人民共和國鐵道部.通用圖——專橋0159 64 m雙線鐵路栓焊下承桁梁［S］.北京:鐵道部專業(yè)設(shè)計(jì)院，1994.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB 10002.2—2005 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2012.

［4］中華人民共和國鐵道部.鐵運(yùn)函［2004］120號(hào) 鐵路橋梁檢定規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.

［5］張文敏，彭嵐平.既有線提速鋼桁梁加固與測試［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2004(3):23-24.

(責(zé)任審編 周彥彥)

U448.21+1

:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2015.09.02

2014-11-28;

:2015-03-19

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAG20B00)

羅慧剛(1975— )，男，山西臨汾人，高級工程師。

1003-1995(2015)09-0006-03