《既有铁路钢板梁桥承载能力检测与评估》-工学论文，工业技术论文-论文范文参考-科学狗论文网

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既有铁路钢板梁桥承载能力检测与评估

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程英鸽梁腾飞贺园园

摘要：为保证现有铁路旧桥梁运行的安全，需要定期的对其承载能力以及实际的工作情况进行全面检测。本文以清绿支线黑河2#钢板梁桥为例，对其进行了外观检查、墩台强度检测、静载试验及动载试验，阐述了钢板梁桥全面检测的内容与方法;根据实际得到的检测结果，对该钢板梁桥自身的实际工作状况进行了评估，对其后期的维修及加固工作提供依据。

关键词：钢板梁桥;承载能力;检测;动载试验

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

0 前言

桥梁是铁道线路的咽喉，对保证铁路运输的畅通与安全具有重要的意义，目前为止，我国拥有铁路桥梁数量超过20万座。伴随着桥梁服役年限的增长、线路的提速、载荷的增加等因素，既有铁路桥梁的工作状态会出现下滑，会产生各种病害导致承载能力下降，这些问题都和结构安全息息相关。因此对既有桥梁的承载能力进行监测、对其服役状态进行评估，是线路运营中必须重视的一个问题[1-2]。本文以清绿支线黑河2#钢板梁桥为例，对其健康状态进行全面检测评估，希望能对其他类似桥型提供参考和借鉴。

1 桥梁概况

清绿支线黑河2#桥位于线路里程k191+068处，为直线钢板梁桥，由6孔24米的上承式钢板梁构成，梁高1.92m，主梁中心距2m，设计荷载等级为中—22级，建成于上世纪60年代，已运行五十多年，为保证桥梁及整个线路的运营安全，需对其进行全面的承载能力检测，为该桥维修及加固提供依据。

2 试验方案

2.1 测试内容

该钢板梁桥的检测既包括墩台混凝土强度检测、桥梁外观检查，又包括对该桥进行的静载及动载试验，以期对全桥的工作状态进行全面完整的评价。

2.1.1 墩台混凝土强度检测

混凝土实际强度，是决定承载等级的关键参数，同时也是试验成果分析所必需，由于混凝土的抗压强度受其表面碳化程度的影响比较大，且该桥由于已修建时间较长，碳化程度较大，因此需要通过采用回弹法来测定下部墩台混凝土的抗压强度，进而求出被测构件的混凝土强度换算值。

2.1.2 桥梁外观质量全面检查

参照相关养护规定[3-4]，对该桥外观质量进行全面检查，检查项目主要包括：墩台混凝土表面裂缝或裂纹的发展情况、裂缝的深度和宽度以及裂缝对结构承载状况产生的影响;桥梁钢杆件有无锈蚀、硬弯、开裂、歪扭等现象，表面的油漆是否完好;支座的位置是否准确、有无非正常变形及脱空情况;对道钉、桥枕状况及桥面进行检查。

2.1.3 静载试驗

通过静载试验能够比较直观的判断出桥梁的工作状况以及承载能力，通过车辆产生等效荷载效应对结构实施加载，以得到其应变及挠度。通过实测应变值计算应力及结构检校系数，评估桥梁的强度;通过实测挠度，计算挠跨比，并与计算值比较，评估桥梁的刚度。其检测的内容主要有支座截面位置的应变，跨中位置截面的挠度及其应变。

2.1.4 动载试验

进行动载试验，通过试验列车并辅以正常运营行驶的列车进行加载，能够反映出桥跨结构在动荷载作用下的动力特性以及动力响应，实测桥梁结构的动应变、动挠度、冲击系数、自振频率及阻尼比等，并将其跟理论计算值进行比较。主要的检测内容有：跨中位置截面的动挠度及动应变;结构的自振频率以及阻尼比。

加载时采用两台东风4型机车，其轴重如图1所示，采用机车速度从低到高，从10km/h到60km/h递增的方式进行加载，并以通过列车荷载进行辅助测试。

2.2 测点布置

运用有限元分析软件，计算桥梁在使用活载作用下的变形及内力，以确定最大内力及最大变形所在截面位置。试验桥梁为6孔24米上承钢板梁桥，选择第1孔钢板梁为试验对象检测，有限元模型如图2所示。

2.2.1 静力测试

对试验梁段跨中截面上下游的应变及桥面挠度分别进行测量，各应力及挠度测点的布置如图3所示。

2.2.2 动力测试

动力测试除了要实测跨中截面的动应变、动挠度，还需对梁体的振动进行测试。动应力测试的测点和静应力测点相同，原则上每截面选取一个测点。横向及竖向振动测点及动挠度测点如图4。

3 测试结果及分析

3.1 桥墩混凝土强度

对本桥的桥墩混凝土进行回弹检测，共检测10个测区。桥墩的混凝土的抗压强度为32.5Mpa，满足规范[5]要求。

3.2 桥梁外观质量

经现场对该桥梁外观检查，发现钢梁杆件表面存在油漆褪色，局部脱落及锈蚀现象;铆钉有缺失、断裂和松动现象;支座的位置准确、无非正常变形及脱空情况;道钉全部锈蚀，几处道钉松动，脱落;桥枕受损严重;桥墩及墩台表面裂纹裂缝密集，桥墩下端混凝土被冲刷脱落。该桥桥梁外观不满足规范要求。

3.3 静载试验测试结果

3.3.1 静应力

根据杆件的静应力实测值及计算值，上下游上下翼缘的结构校验系数分别为0.65、0.38、0.82、0.51，均小于《铁路桥梁检定规范》的参考值范围0.85-0.95。表明该钢板梁桥仍有一定的安全储备，工作状况较好。

3.3.2 跨中挠度

实测该钢板梁跨中挠度值，计算得到其竖向挠跨比最大为1/1583，没有超过《检规》要求的限值1/1200，表明该钢板梁桥的竖向刚度能够满足要求。

3.4 动载试验测试结果

本次动载试验列车采用东风4型双机，过桥时速从低到高，分别以10km/h、30km/h、50km/h、60km/h的速度行驶通过桥梁，通过电阻应变片及动态信号测试分析系统，对试验数据进行采集，分别记录得到在不同试验速度情况下的应变-时程曲线和加速度-时程曲线，并对得到的曲线进行分析，求出结构的加速度振幅、应变及位移等;通过对得到的各振动信号及时程曲线进行分析，得到动载试验的检测结果如下。

3.4.1 动应变及冲击系数

在试验荷载通过桥梁时，测得不同速度情况下梁体跨中实测应变值。冲击系数根据记录的动应变来进行分析得到，各工况下最大结构动力系数（1+）为1.126小于1.15（规范设计值）。表明钢板梁桥振动冲击效应满足规范要求。

3.4.2 桥梁固有参数

通过得到的脉动波形，对其进行谱分析，分别得到桥梁上下游片梁的横向及竖向自振频率及阻尼比如表1所示，实测结果表明，该钢板梁桥自振频率最小值为5.81HZ，大于3.54HZ，满足规范规定。

3.4.3 加速度

通过对不同速度情况下列车在上下行时得到的加速度时程曲线分别进行分析，得到该桥梁加速度。由结果可知，此桥的横向最大振动加速度为0.90m/s2，小于规范中规定的限值1.40m/s2，说明该桥梁能够满足火车舒适性较好的运行。

3.4.4 振幅

试验荷载通过桥梁时，实测第一孔钢板梁在不同速度下其上下游侧和桥墩的横向振幅值，得最大振幅值为0.58mm。按照《检规》[6]中规定，在机车荷载作用下，桥跨结构为板梁时横向振幅行车安全限值要求为L/6000=4mm。实测最大振幅在规范规定范围内。

3.4.5 动挠度

实得到列车以不同速度通过时的挠度波形图，对其进行分析，得到最大挠度，进而计算出挠跨比。当列车以60km/h通过时，上下行挠度比最大值分别是1/1434、1/1413;以50km/h通过时，上下行挠度比最大值分别是1/1464、1/1458，《检规》中要求桥跨竖向挠跨比通常值在1/1200范围内，竖向挠跨比满足要求，梁体工作正常。

4 结论

通过静载及动载试验，虽然桥跨结构基本上仍能满足规范要求，但其强度储备已较低。因此为了确保线路运营安全，对钢板梁也应采取一定的加固措施。桥梁作为交通运输的咽喉要道，必需对其定期进行全面检测，尤其是既有的服役年限较长的铁路旧桥。通过健康状态检测，对其安全性能做出正确评估，为维修加固提供参考依据，确保运营安全。

参考文献：

[1]李君玉，韩新宇.旧有普通钢筋混凝土梁动载试验及有限元分析[J].兰州工业学院学报，2016（03）：29-32.

[2]刘亚尊，吴亚平.既有钢桁架桥的动载检测与有限元模拟分析[J].南阳理工学院学报，2014（06）：83-87.

[3]中国铁路总公司.铁路技术管理规程（普通铁路部分）[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[4]中國铁路总公司.铁路桥梁检定评估管理办法[M].北京：中国铁道出版社，2015.

[5]国家铁路局标准.铁路桥涵设计规范（TB1002-2017）[S].北京：中国铁道出版社，2017.

[6]中华人民共和国铁道部.铁路桥梁检定规范（铁运函[2004]120号）[S].北京：中国铁道出版社，2004.

基金项目：西安交通工程学院中青年基金项目“既有铁路桥梁承载能力检测与加固技术研究”，项目编号：KY18-08。

作者简介：程英鸽（1989-），女，陕西渭南人，本科，助教，主要研究方向：交通工程。

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