开行组合列车对既有线桥涵动力性能影响的试验分析

2010-07-30李杰

铁道建筑 2010年6期

李杰

(沈阳铁路局吉林线桥检测设计所，吉林省吉林市 132001)

为适应国家建设发展对铁路运输需求，沈阳局先后在既有线开行1万吨、2万吨运煤组合列车。为确保运煤通道上的列车运行安全，掌握万吨长大组合列车运行条件下桥涵的动力响应，分析研究既有线桥设备对运行组合列车的适用性及相关对策，选取具有代表性的桥涵进行动力性能试验。

由于运行组合列车通道上的既有线修建年代不同，设计标准也不统一，且随着23 t轴重 C70货车的普遍运用，货车轴重已从21 t提高到23 t，组合列车编组已增加到250～260节，机车也增加到四台。既有线桥涵设备是否具有足够的强度以及横、竖向刚度，是本次试验要解决的主要问题，通过试验了解桥涵设备在组合列车作用下的安全性和适用性，对不满足安全运营的桥涵提出处理对策。

1 试验概述

1.1 试验桥涵的选型

试验桥涵选取具有代表性的32 m(专桥9700)、31.7 m(大65-138)、20 m(叁标桥2024)预应力混凝土梁桥;10 m(专桥1014)、16 m(专桥1010)低高度钢筋混凝土T形梁桥;10 m钢筋混凝土Π形梁桥;3 m、4 m(肆桥5009)盖板箱涵等10种类型。基础类型有扩大基础、沉井基础、桩基础等。

1.2 试验荷载

由于组合列车运行通道运输繁忙，无法进行编组列车试验，动载试验荷载采用通过列车进行;梁及桥墩振动频率采用环境微振动方法进行。

1.3 动载试验内容

1.3.1 桥梁试验内容

1)混凝土梁跨中下翼缘混凝土动应变;

2)梁体跨中动挠度;

3)梁体横、竖向振动;

3)桥面横向和竖向加速度;

5)墩顶横向振动;

6)支座横向和纵向动位移;

7)列车速度和位置。

1.3.2 盖板涵试验内容

1)涵洞盖板跨中动挠度;

2)涵洞盖板跨中混凝土动应变;

3)涵洞顶跨中竖向振幅;

4)涵洞跨中顶及过渡段(距终端边墙0、5、10、20 m)轨枕竖向加速度;

5)涵洞盖板底加速度;

6)涵洞边墙纵向、竖向加速度;

7)列车速度和位置。

2 试验结果分析

试验数据主要选取31.7 m预应力混凝土梁动应变和梁跨中横、竖向振动;3 m盖板涵动挠度和涵顶、过渡段轨枕竖向加速度进行重点分析。

2.1 梁体跨中下翼缘混凝土动应变

31.7 m预应力混凝土梁体跨中下翼缘应变测试结果见表1，典型实测应变波形见图1。

表1 梁体跨中下翼缘应变测试结果

图1 实测一般列车、组合列车作用下梁跨中应变时域波形

由表1可见，组合列车产生的梁体跨中下翼缘动应变与一般列车产生的梁体跨中下翼缘动应变接近，万吨级长大组合列车对梁体强度影响不大。

2.2 梁体跨中横、竖向振动

实测31.7 m预应力混凝土梁的横向自振频率为4.297 Hz，满足《铁路桥梁检定规范》横向最低自振频率通常值:预应力混凝土梁f≥90/L=2.81 Hz(L=32 m)的要求。

梁的竖向自振频率为3.81 Hz，满足《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》简支梁(20 m

跨中横、竖向最大振幅测试结果见表2，实测组合列车作用下梁体跨中横、竖向振动时域波形见图2。

表2 梁体跨中振动测试结果

图2 实测组合列车作用下梁体跨中横、竖向振动时域波形

由表2可见，横向振幅均小于《铁路桥梁检定规范》桥跨结构横向振幅通常值和安全限值1.31 mm和1.83 mm的要求。组合列车与一般货车产生的梁体横、竖向振动等级属同一数量级。

由测试结果表明，31.7 m预应力混凝土梁的横、竖向刚度满足组合列车荷载动力特性要求，桥梁整体稳定性较好。

2.3 盖板涵跨中动挠度

单孔跨度3 m的分片式盖板箱涵(填土厚度1.22 m和0.72 m)，跨中最大挠度测试结果见表3，典型波形图见图3。

表3 跨中最大挠度测试结果

图3 实测一般货车、组合列车作用下盖板箱涵跨中挠度时域波形图

由表3测试结果可见，填土厚度1.22 m盖板涵跨中最大挠度:客车为0.47 mm;一般货车为0.51 mm;组合列车为0.55 mm，换算到中—活载下挠跨比分别为1/6 794、1/6 226、1/5 767，均满足《铁路桥梁检定规范》规定的钢筋混凝土梁挠跨比通常值1/4 000的要求，并且组合列车通过涵洞时与一般货车及客车通过时的跨中挠度相当，竖向刚度满足组合列车运营荷载需求。

填土厚度0.72 m盖板箱涵跨中最大挠度:客车通过时为1.43 mm;一般货车通过时为1.54 mm;组合列车通过时为1.56 mm。换算到中—活载下挠跨比分别为1/1 678、1/1 563、1/1 537，均超过了《铁路桥梁检定规范》挠跨比通常值1/4 000的要求。其主要原因是未达到《铁路桥涵设计基本规范》中“涵洞顶至轨底的填土厚度不应小于1.20 m”的要求，致使盖板承受的冲击力过大，同时造成多块盖板受力不均，挠曲变形不一(现场肉眼可观察到盖板之间上下错动)，导致了该涵的竖向刚度不足。