静载试验在铁路钢桁梁桥承载能力检测中的应用

    梁腾飞　程英鸽

    

    

    

    [摘要]通过对铁路桥梁进行静载试验，可以直接而有效的掌握其工作情况和承载能力，对桥梁的实际工作情况做出综合评估，对其平时的维护、加固以及改建工作提供一定的根据。本文以清绿支线黑河1#桥为例，分析了铁路钢桁梁桥静载试验的工况，加载方案及测点布置等，并对其试验结果进行了分析，希望能对其他类似桥型提供参考和借鉴。

    [关键词]静载试验;钢桁梁桥;承载能力;检测

    文章编号：2095 - 4085（ 2019） 04 - 0010 - 03

    桥梁是铁道线路的咽喉，对于保证铁路交通运输的安全及畅通具有重要作用。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，这些问题都与结构安全密切相关。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[1-5]。

    进行静载试验，是掌握铁路桥梁实际工作情况以及结构承载能力直接而有效的方法，通过在桥梁指定的截面位置处施加静荷载效应，实测静应变并计算应力值及检校系数，评估桥梁的强度。通过实测挠度，计算挠跨比，评估桥梁的刚度。依靠静载试验，除了对一些理论上难以计算位置的受力情况能有所掌握外，还可以发现一些在常规检查中无法发现的隐蔽病害，从而对桥梁的安全工作情况进行评估，为其维护、加固以及改建工作提供一定的根据[6]。本文以清绿支线黑河1#钢桁梁桥为例，对其进行静载试验，希望能对其他類似桥型提供参考和借鉴。

    1桥梁概况

    黑河l号桥桥址位于清绿支线线路里程k112+265. 34处，该桥由6孔下承式简支钢桁梁构成，每孔的跨径为44m，梁全长45. 320m，桁梁高度为7m，纵梁中心距2.Om，主桁中心距5.596m，斜杆理论长度8. 9m。由山海关桥梁厂于1958年建造，设计等级为中-22级。

    2静载试验方案

    2.1试验目的及内容

    静载试验一般通过车辆进行等效加载，实测桥跨结构挠度以及应变，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。其检测目的为，评价桥梁总体健康状况，鉴定桥梁工程承载能力，为桥梁及铁道线路的安全运营、养护及维修提高依据。其检测内容为，支座截面应变;跨中截面挠度以及应变。

    2.2检测孔选择

    对于多跨的桥梁，在确定其检测孔时，需要综合考虑各种因素。一般选择受力计算最为不利且方便进行脚手架搭设、方便测点布置及便于试验时进行加载的孔跨为检测孔。该桥梁由6孑L跨径44米的下承式拼装简支钢桁梁组成，经过综合考虑，将第四孔钢桁梁选为试验对象检测。钢桁梁的三维图如图1所示。

    2.3试验工况及荷载布置

    使用两台东风4型机车作为试验荷载实施加载，其轴重如图2所示。为了全面了解该桥在试验荷载下的受力性能，试验计划共选择2个工况，主要加载工况有：跨中上弦杆，（A-A）的最大受压;跨中下弦杆，（B-B）的最大受拉;具体见图3。

    根据简支梁桥结构受力特点得知，当荷载布置方式不同时，不同截面处会产生不同的最大反应，因此加载方案如下，工况1的荷载布置为试验机车第一台第一轮停在距东风侧端节点0. 9m的位置。工况2的荷载布置为试验机车第一台第一轮停在距东风侧端节点2. 7m的位置。

    2.4测点布置

    静载试验主要测定选定的检测孔其跨中截面位置上弦杆，下弦杆以及端斜腹杆的应变值，以及跨中位置的竖向挠度值。挠度计布置如图3所示。通过应变片对跨中上弦杆，的压应变及跨中下弦杆，的拉应变进行测量，其截面应力测点的布置如图4所示。

    3 静载试验结果及分析

    3.1静应力

    分别实测上弦杆A3A4，A3，A4，和下弦杆E3E4，E3，E4，在四个不同测点处的应变值，并计算相应的应力值及检校系数，见表1。

    校验系数是判断结构工作状况，评估其承载能力的一个重要指标，一般要求该系数应小于等于l，该系数的结果越小则说明结构的安全储备越大，其值如果过大则说明结构材料的强度较低，结构刚度较低或结构各部分的连接性较差等。由结果可知，该简支钢桁梁上弦杆的结构校验系数均大于《铁路桥梁检定规范》规定的通常值（0. 90 -0. 95），下弦杆结构检校系数也略大于规范值（0. 70 -0. 80），说明钢桁梁的强度储备较低，所设计的结构构件承载能力不足。

    3.2跨中挠度

    钢桁梁跨中实测挠度值如表2所示，可知该钢桁梁的最大竖向挠跨比为1/1461，已经超过了《检规》中限值要求1/1500，表明该钢桁梁桥的竖向刚度不满足要求。

    4结论

    通过对铁路桥梁进行静载试验，可以直接而有效的掌握其工作情况和承载能力，对桥梁的实际工作情况做出综合评估，对其平时的维护、加固以及改建工作提供一定的根据。进行桥梁静载试验需要确定检测孔，确定荷载工况及加载情况，确定测点的布置。通过测定静应力计算应力值及检校系数，评估桥梁的强度。通过实测挠度，计算挠跨比，评估桥梁的刚度。

    通过对该简支钢桁梁桥进行静载试验，发现其强度和刚度已经不能满足规范要求，无法保证线路的安全运营，因此需要采取一定的措施对结构进行维修及加固。而除了进行静载试验，为了更完整的评估其工作状态，还应对其外观质量进行全面检查，并且进行动载试验，确定其动力特性，以更好的为维修加固提供依据。

    参考文献：

    [1]刘文深，桥梁结构检测及其承载力评定[J].山西建筑，2011，4：197 -198.

    [2]王宁，既有铁路Ⅱ型普通钢筋混凝土梁检测方案分析[J].兰州工业学院学报，2015，（06）：54 -56.

    [3]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.

    [4]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.

    [5]张晓波.既有铁路π型梁桥梁体加固方案分析[J].黑龙江交通科技，2016，（04）：65 -66.

    [6]吴建奇，郑晓，张婷婷，桥梁检测中的静载试验研究[J].铁道建筑，2011，2：42 -44.