朔黄铁路64 m双线栓焊钢桁梁强化改造技术研究

2015-03-13罗慧刚

铁道建筑 2015年9期

关键词：桁梁双线纵梁

罗慧刚

(朔黄铁路发展有限责任公司肃宁分公司，河北肃宁 062350)

朔黄铁路64 m双线栓焊钢桁梁强化改造技术研究

罗慧刚

(朔黄铁路发展有限责任公司肃宁分公司，河北肃宁 062350)

为实现在朔黄铁路规模化开行2万 t重载列车，年运量达到4亿 t及以上的生产目标，需要对既有铁路桥涵进行重载适应性评估及强化改造，以确保重载运输条件下既有桥涵的运营安全。本文对朔黄铁路64 m双线栓焊钢桁梁进行了桥梁状态检测，针对钢桁梁的薄弱环节进行了强化改造技术研究，确定了在主桁杆件翼缘板内侧栓接钢板，在纵梁下翼缘栓接钢板的加固方案，并实施了强化改造。改造后效果达到预期。

重载钢桥疲劳加固

根据神华集团“十二五”规划，神华铁路加快了包神、神朔、朔黄作为“西煤东运”主通道的扩能建设，通过对既有路网的扩能改造来提升运能，实现朔黄铁路规模化开行2万t重载列车、年运量达到4亿t及以上的生产目标。而我国铁路桥涵设计标准适应的运营车型轴重在25 t及以下，若开行轴重在30 t及以上的重载列车，将对既有钢桥的承载能力和疲劳寿命产生影响［1］。因此为保证大轴重运输条件下的运营安全，对朔黄铁路既有64 m双线栓焊钢桁梁进行了桥梁状态检测及强化改造技术研究，针对薄弱环节确定了加固方案，实施强化改造。

1 桥梁概况

朔黄铁路64 m双线栓焊钢桁梁，位于神池南至肃宁段内，跨京港澳高速公路，桥梁概貌如图1所示。钢桁梁桁高11 m，主桁中心距9.732 m，节间长8 m，计算跨度64 m，桥上承载双线铁路，按双线中—活载设计，钢梁主桁、桥面系、横联、上下平纵联等均采用16 Mnq钢，主桁上下弦杆截面形状采用焊接 H形，杆件宽460 mm，高600 mm，最大板厚32 mm，腹杆除E0A1和A3E2采用箱形杆件外，其余均采用H形杆件，竖杆因考虑轴向力和横联弯矩的组合作用采用不对称截面，主桁内侧翼板加厚，采用16 mm厚板，外侧板厚度为12 mm。桥面系纵、横梁均为焊接工字形，纵、横梁为不等高设计，在结构细节的布置上，采用纵、横梁上翼缘顶齐平，用鱼形板联接，在纵梁下端设三角形隅撑以承受纵梁端支点负弯矩的压力［2］。

图1 朔黄铁路64 m双线栓焊钢桁梁桥概貌

2 64 m双线钢桁梁状态检测

在桥梁重载适应性研究之初，为掌握桥梁目前的运营状态和服役情况，分别进行了静、动载试验。静载试验的测试项目主要有:①控制杆件静应变;②跨中处静挠度;③活动支座纵向位移。动载试验主要测试结构的动力系数、振动特征(振幅、频率、模态振型、阻尼比)等数据。应变测点位置分布如图2所示。

图2 应变测点位置分布

静载试验列车由1辆 DF4D机车和6辆 C80车辆组成，机车及车辆轴重轴距图式如图3所示。静载试

验加载工况分别考虑测试杆件轴力最大、纵梁跨中弯矩最大、横梁跨中弯矩最大及主梁挠度最大等进行单线静态加载，实际轮位偏差控制在 ±10 cm以内。测试仪器如图4所示。

图3 静载试验机车及车辆轴重轴距图式(单位:m)

64 m双线钢桁梁在试验列车荷载作用下，构件测试结果及计算结果对比见表1。可见实测值与理论计算值吻合较好，主要受力构件的截面受力未见削弱现象。

动态测试中，钢梁横向一阶自振频率为 2.175 Hz，竖向一阶自振频率为4.075 Hz，跨中横向振幅最大值为1.550 mm，跨中横向加速度最大值为 0.535 m/s2，跨中竖向振幅最大值为2.549 mm。

图4 测试仪器

表1 桥梁主要受力构件静载测试结果及计算结果对比 MPa

静、动载试验结果说明，64 m双线钢桁梁在现有运营列车荷载作用下的强度、刚度、稳定性及各项动力性能指标均满足桥检规要求［3-4］，并有一定的安全储备，桥梁现有维护状况较好。

3 强化改造技术研究

根据前期铁科院对朔黄铁路既有64 m双线钢桁梁桥的重载适应性研究结果，在轴重30 t重载列车作用下，钢桥的强度和稳定性基本能够满足规范要求，而个别受拉构件及以拉为主的拉—压构件的疲劳问题较为突出，如斜杆A1E2、局部受力的竖杆、桥面系纵梁及联接纵横梁的鱼形板，建议对上述构件及联接进行适当加强。加固改造对象及位置示意如图5所示。

图5 加固对象及位置示意

本次强化改造的目的是降低构件的应力幅。考虑到钢结构对耐久性的要求及实际加固效果，采用的加固方法为在原构件上拼接钢板或角钢来增大构件截面积，从而有效降低重载作用下的疲劳应力幅，以保证桥梁使用寿命。

3.1 加固方案研究

主桁杆件的加固方式为:①在H形杆件的翼缘板上加设角钢［5］;②在H形杆件的翼缘板上加设钢板。主桁杆件加固方案对比见表2。

纵梁的加固方式为:①在工字形杆件的翼缘板上加设角钢;②在工字形杆件的翼缘板上加设钢板。纵梁加固方案对比见表3。

综合考虑加固效果、现场施工难度、施工过程不能中断运营等多方面因素，最终采用在主桁杆件翼缘板内侧栓接钢板的方法对主桁杆件进行加固，在纵梁下翼缘栓接钢板的方法对纵梁进行加固。鱼形板位于纵、横梁联接处，承受拉应力较大，为降低重载列车作用下此处的疲劳拉应力，建议将原鱼形板更换为规格更大的钢板。

3.2 强化改造实施效果

根据加固方案对64 m双线钢桁梁进行了加固改造施工，历时2个月，未对线路的正常运营产生任何影响。同时施工中为保证结构安全和加固效果，分别对桥面线形、部分构件应力和节点位移进行了实时监测。监测结果显示，加固过程中各主桁节点位移没有错动现象，桥面线形及构件受力正常，加固板件与原构件共同受力，且加固后纵梁应力减小35%，加固效果达到预期。纵梁应变测点布置如图6所示，纵梁下翼缘加固前后应变测试结果见表4。