朔黄铁路韩村大桥单圆柱桥墩加固效果试验研究

王定举

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁062350)

朔黄铁路韩村大桥单圆柱桥墩加固效果试验研究

王定举

(朔黄铁路发展有限责任公司，河北肃宁062350)

朔黄铁路韩村大桥采用单圆柱桥墩，横向刚度不足，制约运输能力，先后两次采取加固措施。对加固后桥梁的动力性能进行了测试，分析了桥梁在运营列车作用下的动力响应。分析结果表明:受测试列车车辆状态的影响，桥梁动力响应值存在一定的离散性，采用实测平均值比实测最大值来评判加固效果更为合理;单圆柱桥墩加固采用上下行桥墩横连和加桩基础加固，桥墩动力性能明显得到改善，桥梁梁体横向振动有所降低，所有实测指标均满足规范要求。该桥加固效果明显，其加固方法可为类似工程提供参考。

朔黄铁路 单圆柱 桥墩加固 动载试验

1 工程概况

朔黄铁路西起山西省神池县，东至河北省黄骅市，全长585 km，为国家I级铁路［1］。朔黄铁路自2000年5月18日开通运营以来，我国早期采用转8A转向架的C62等货车在部分桥梁出现了晃车现象，桥梁横向振幅偏大，其中韩村大桥(166#桥)较为明显。2007年3月至2008年9月对韩村大桥部分墩及其基础进行了第1次加固。2010年10月，石家庄铁道学院铁道工程检测中心对该桥进行了运营性能试验［2］。检测结果表明，下行列车以80 km/h试验速度通过测试桥跨时，3#墩墩顶横向振幅超过《铁路桥梁检定规范》的通常值［3］，但满足下行线75 km/h的运营要求。因此，该桥自2010年10月下行线按速度70 km/h限速运行，上行线按速度80 km/h正常运行。

朔黄铁路2013年运量达到2.34亿t，2014年计划运量3.06亿t，为进一步提高朔黄铁路的运输能力，需要对韩村大桥桥墩基础进行加强，以增大桥墩的横向刚度，取消下行线限速。2013年12月对该桥进行了第2次加固，2014年1月北京交通大学对该桥进行运营性能试验［4］。

朔黄铁路桥梁部分采用了单线单圆柱桥墩，桥墩直径2.0～2.4 m，与全线大量采用的双线圆端型桥墩相比，其横向刚度较弱。运营实践反映出不少单圆柱型桥墩横向动力性能较差。开展韩村大桥单圆柱桥墩加固效果试验研究，可对朔黄线全线单圆柱桥墩横向加固措施提供工程参考。

2 试验概况

2.1 桥梁加固情况

朔黄铁路韩村大桥中心里程为K353+292，全长152.42 m。上部结构孔跨布置为3×24 m普通高度预应力混凝土T梁(图号为专桥2059)+2×32 m跨度超低高度预应力混凝土T梁(图号为叁桥2005)。梁体支座为盆式橡胶支座(图号为专桥8156)。该桥采用双线钢筋混凝土耳墙式桥台，钻孔桩基础，桩径为0.8 m，桩长29.0～33.0 m。桥墩采用单线钢筋混凝土单圆柱墩，双线错线布置，上行线墩柱截面直径为2.0 m，下行线墩柱截面直径为2.4 m，墩高4.5～5.5 m。地层自上而下依次为砂黏土、中砂、砂黏土、中砂、砂黏土、中砂、砂黏土、中砂。设计活载为中—活载，地震基本烈度6度，冻结深度0.6 m。本桥测试第4孔梁及3#，4#桥墩间桥跨结构。

第1次加固方案是上下行线1#—4#墩的墩身采用宽1.2 m、高与墩身同高的钢筋混凝土板联结，两线承台斜向联结成整体，做成双线整体桥墩，见图1。第2次加固方案是对1#—4#墩基础采用直径0.6 m灌注桩进行加固，并设置承台将既有两线分离式承台联结为整体。由于刚性角较大，于新建承台上设置1.0 m高加台，新旧承台采用植筋联结，见图2。

2.2 试验内容

试验主要测试内容:自振频率;梁体跨中截面竖向振幅、横向振幅;梁体跨中截面竖向加速度、横向加速度;墩顶横向振幅;活动支座横向位移;列车速度和位置。韩村大桥下行线动载试验测点布置如图3所示。

图1 韩村大桥第1次桥墩及基础加固示意(单位:cm)

图2 韩村大桥第2次桥墩及基础加固示意(单位:cm)

图3 韩村大桥下行线动载试验测点布置

2.3 试验仪器

试验测试内容主要分为振幅、加速度与列车速度。振幅及加速度传感器采用国家地震局哈尔滨工程力学研究所生产的891—Ⅱ传感器与积分放大器。列车速度和位置传感器采用永磁磁钢。各传感器通过数据电缆连接至动态数据采集分析系统进行测量。

2.4 测试列车

第1次加固后试验(以下简称试验A)测试列车类型主要为C64，C70A，共测试运营列车44趟，运营列车速度62～75 km/h，平均车速65 km/h。第2次加固后试验(以下简称试验B)共测试运营列车200趟，列车速度在61～81 km/h，平均车速69 km/h。

3 试验结果及分析

3.1 自振频率

试验A与试验B均采用冲击振动法对韩村大桥下行线4#梁体自振频率进行了测量。两次试验实测梁体横向自振频率分别为3.51，3.75 Hz，实测值均大于《铁路桥梁检定规范》桥跨结构横向自振频率通常值90/L(2.81 Hz，L为梁体跨度)，梁体横向刚度满足要求。

3.2 梁体竖向振动

试验A、试验B测试列车作用下，韩村大桥下行线4#梁体跨中竖向振幅最大值分别为1.94，0.89 mm。两次试验实测梁体竖向强振频率与列车速度/车长均呈线性关系，并与强振频率理论计算值(车速/车长)［5］吻合;左右两片梁跨中竖向振幅、相位及相关关系在梁体竖向响应的主要频率范围内呈线性正相关，相关系数接近1.0，说明两片梁体竖向共同作用状态较好。

试验A、试验B测试列车作用下，韩村大桥下行线4#梁体跨中竖向加速度最大值分别为1.94，1.12 m/s2，均满足规范限值(3.50 m/s2)要求［3］。

3.3 梁跨体系横向振动

为评估桥梁横向加固效果，本文从梁体横向振幅及横向加速度、桥墩墩顶横向振幅、活动支座横向位移进行评价。梁跨体系横向刚度评价方法按照《铁路桥梁检定规范》铁路桥梁运营性能检验中相关规定进行，其评价指标如表1所示。需要说明的是，韩村大桥由于采用上下行桥墩横连等加固措施，加固后桥墩属于特殊结构，其墩顶横向振幅通常值《铁路桥梁检定规范》没有相应评价指标。为评估加固效果，桥墩墩顶横向振幅限值按未加固前的桥墩状况计算得出。

表1 桥跨体系横向振动评价参数［3］

试验A与试验B实测运营列车作用下，韩村大桥4#梁体跨中横向振幅、3#墩与4#墩墩顶横向振幅实测统计值汇总见表2。试验A、试验B实测4#梁体跨中横向振幅与行车速度关系见图4。

表2 桥梁横向振幅实测统计值mm

图4 不同列车作用下4#梁跨中横向振幅与列车速度关系

与试验A相比，试验B不同列车下部分桥梁横向振幅最大值(如4#梁体在C64作用下的横向振幅最大值)反而有所增加，这是因为受试验编组列车状态、测试条件等限制，桥梁横向振幅有一定的离散性，采用桥梁振幅最大值无法评估加固效果。

从试验A与试验B桥梁横向振幅的实测平均值来看，桥梁加固后，梁体横向振幅与桥墩墩顶横向振幅均有所降低，且加固后桥墩墩顶横向振幅远小于未加固前，加固效果明显。韩村大桥第2次加固并未对桥梁梁体进行横向加固，但实测桥梁横向振幅平均值却有所降低，说明桥梁下部结构的加固对降低桥梁梁体横向动力响应也有效。这与国内外大量的车桥耦合分析结果一致［6-8］。

试验A、试验B测试列车作用下，韩村大桥下行线4#梁体活动支座横向位移最大值分别为0.09，0.07 mm，远小于规范限值(2 mm);4#梁梁体横向加速度分别为0.68，0.89 m/s2，均满足规范要求。这与梁体横向振幅分析结果一致。

4 结论

对朔黄铁路韩村大桥桥墩第2次加固前后的动力性能测试结果分析表明:单圆柱桥墩加固采用上下行桥墩横连和加桩基础加固，桥墩动力性能明显得到改善，桥梁梁体横向振动有所降低，所有实测指标均满足规范要求，加固效果明显。

［1］薛继连.朔黄重载铁路轮轨关系［M］.北京:中国铁道出版社，2013.

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

［3］石家庄铁道学院工程结构检测中心.朔黄铁路韩村大桥(166#桥)检验报告［R］.石家庄:石家庄铁道学院，2010.

［4］北京交通大学.朔黄铁路韩村大桥(166#桥)技术状态检定试验报告［R］.北京:北京交通大学，2014.

［5］日本铁道综合技术研究所.日本铁路结构设计标准和解释——混凝土结构［Z］.日本铁道综合技术研究所，2004.

［6］张楠，夏禾，郭薇薇.基于轮轨线性相互作用假定的车桥相互作用理论及应用［J］.铁道学报，2010，32(2):66-71.

［7］LIQi，XUYoulin，WUDingjun，etal.Computer-aided Nonlinear Vehicle-bridge Interaction Analysis［J］.Journal of Vibration and Control，2010，16(2):1791-1816.

［8］夏禾，张楠.车辆与结构相互作用［M］.2版.北京:科学出版社，2004.

(责任审编李付军)

U445.7+2;U443.22

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.02

1003-1995(2015)02-0005-03

2014-07-20;

2014-09-10

王定举(1971—)，男，四川南部县人，高级工程师。