敦格铁路小跨径单线铁路连续箱梁桥荷载试验与结构评定

张时超，赵中岩

(1．中铁西南科学研究院有限公司，四川成都611731;2．四川华腾公路试验检测有限责任公司，四川成都611730)

敦格铁路小跨径单线铁路连续箱梁桥荷载试验与结构评定

张时超1，赵中岩2

(1．中铁西南科学研究院有限公司，四川成都611731;2．四川华腾公路试验检测有限责任公司，四川成都611730)

依托敦(煌)格(尔木)铁路疏解线立交桥主桥(32+48+32)m预应力混凝土单线铁路连续箱梁桥，通过有限元分析后确定3种加载工况，观测桥梁控制截面静载下的变形与应力，同时结合动载下的结构自振频率、振幅、加速度与动力系数测试，分析了主桥的固有振动特性与列车荷载下的动力性能。试验结果表明，该桥设计理论准确，施工质量可靠，桥梁刚度与承载能力满足设计及运营要求。

单线铁路;连续箱梁桥;荷载试验;结构评定

1 工程概况

新建铁路敦煌至格尔木线为设计速度120 km/h的国铁Ⅰ级单线铁路，其中疏解线特大桥位于饮马峡站站前戈壁区域，为跨越饮马峡西联络线及既有青藏铁路西格线而设。主桥为单线预应力混凝土(32+48 +32)m连续梁桥，起于DSIK526+376.78，止于DSIK526+490.23。

梁截面为单箱单室，梁底变化段采用二次抛物线，边支点及跨中梁高为2.6 m，中支点梁高3.4 m。箱梁顶宽7.5 m，底宽4.5 m，顶板厚0.35 m，底板厚0.40～0.60 m，腹板厚0.50～0.70 m。39#墩墩高13 m，40#墩墩高13.5 m，箱梁采用C50混凝土，桥墩采用C30混凝土。

为了解该桥梁结构在列车荷载作用下的实际工作状态，需要对桥梁结构进行静、动载试验，综合分析结构在各种荷载作用下的工作状态和承载能力，对该桥的强度、刚度进行综合评估［1-4］。

2 测点布设

2.1 测试截面选择

采用桥梁结构专业分析程序Midas对该桥进行结构静动力分析，全桥结构离散成58个单元，77个节点，求得连续梁桥在设计荷载下的内力、位移包络图以及主桥一阶自振频率，确定主梁最不利内力控制截面。即在主桥上分别设置3个试验控制断面，分别为边跨最不利截面(A截面)、40#墩中跨侧根部截面(B截面)和中跨跨中截面(C截面)，如图1所示。

图1 试验控制断面(单位:cm)

2.2 测点布置

静载试验应变测点设在梁底板、梁顶板和腹板上，沿纵桥向布置于3个控制截面上，见图2。挠度测点设在桥面上，主边跨挠度测试位置均为L/4，L/2，3L/4截面和各支点截面，共计26个测点，见图3。将动态测点布置在中跨与边跨的振幅较大截面处，相应A，C截面选择3个应力测点作为动应力测点进行桥跨结构的动力性能测试。在边跨跨中、中跨跨中截面、主墩侧面相应的位置上安装垂直和水平拾振器测点，测试桥梁动力特性。

图2 测点横桥向布置(单位:cm)

图3 测点顺桥向布置(单位:cm)

3 静载试验

3.1 静载试验加载工况

由于该桥跨径较小，试验加载车拟采用3台DF型内燃机车进行编组。根据桥梁结构形式、跨度，计算各个加载截面的内力与位移影响线，按最不利位置加载，确定试验荷载重量及纵向布置。加载位置如图4所示，测试工况如表1所示。

图4 3种工况加载示意(单位:cm)

表1 主桥加载工况的计算弯矩、试验弯矩及相应的荷载效率系数

3.2 静载试验结果分析

3.2.1 挠度测试结果

为了获得结构荷载-应力(变形)连续曲线和避免结构受到损伤，静力试验分成预加载和分级加载的方式，逐级递加直到最大荷载，然后逐级卸载到零级荷载。加载过程中挠度测试采用精密水准仪测量主要受力构件4分点挠度测点的竖向变形。由于篇幅所限，本文只列出部分测试结果。各工况挠度测量数据见表2，工况C各测点挠度对比见图5。

表2 各工况挠度测试结果

图5 工况C各测点挠度对比

由表2可知在试验荷载作用下，各测点结构校验系数均小于1，桥梁结构平均校验系数为0.72～0.78。符合《铁路桥梁检定规范》(铁运函〔2004〕120号)［5］10.0.8条要求。其中，实测跨中最大挠度为5.4 mm，换算中-活载挠度为8.68 mm，换算中-活载挠度比为1/5 526，小于挠跨比通常值1/1 800，符合文献［5］10.0.3条要求，表明该桥的竖向刚度较好。另外，结构残余变形非常小，说明在试验过程中结构处于弹性工作状态［6］。

3.2.2 应力测试结果

加载过程中应力测试，采用在试验截面贴设阻值120Ω的混凝土应变片，并考虑对环境温度等因素的补偿(在不同位置粘贴补偿应变片)，应变采用数字应变仪自动采集存储。应力测试结果表明:在试验荷载作用下，各测点结构校验系数均小于1，桥梁结构平均校验系数为0.73～0.75。其中工况C加载时各测点应力数据比较见表3。

表3 工况C加载时各测点应力数据比较

4 动载试验

4.1 试验数据采集

结合现场实际情况对该桥进行脉动试验，即在桥面无交通荷载、桥梁附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处各种环境激振而引起的桥跨结构微幅振动响应。该桥试验主要利用频域分析的频域幅值谱来测定桥跨结构固有模态频率［7-8］。采用3辆DF机车联挂之后沿桥梁线路以10，20，30，40，50 km/h的速度往返通过桥跨结构，测定桥跨结构在运行车辆荷载作用下的加速度响应和动力系数。

4.2 动载试验结果分析

4.2.1 自振特性实测结果

通过实测脉动信号，经分析处理得到结构自振频率，其中横向自振频率见表4。

表4 横向自振频率Hz

由表4可以看出该桥主梁与主墩的实测横向1阶自振频率均大于文献［5］第10.0.5与10.0.7条中的自振频率通常值，满足规范要求。

4.2.2 行车试验动力响应测试结果分析

通过采集该桥A，C截面的动应变、竖向与横向加速度、以及39#，40#主墩横向加速度，分析得到动力响应随车速变化测试结果，其中部分截面振幅与动力系数如表5所示。

表5 主桥振幅与动力系数

实测该桥主梁中跨最大竖向振幅为0.27 mm，最大横向振幅为0.25 mm，振幅均较小，表明该桥竖向、横向刚度能满足行车需求。

实测该桥两主墩(39#，40#墩)墩顶横向最大振幅分别为0.07 mm与0.08 mm，远远小于文献［5］中10.0.7条中规定的铁路桥梁墩顶横向振幅通常值0.61 mm与0.64 mm。

实测该桥中跨最大横向加速度为0.09 m/s2，符合文献［5］中10.0.5条中桥跨结构在荷载平面的横向振动加速度不应超过1.4 m/s2的规定。

实测该桥中跨最大动力系数为1.081，根据《铁路桥涵设计基本规范》［9］(TB 10002.1—2005)规定，该桥动力系数为1.154，实测值明显小于规范计算值。

5 结论

1)在试验荷载作用下，各位移测点实测值均小于理论计算值，结构校验系数＜1.0;按实测值换算到中-活载时的挠跨比，中跨跨中最大挠跨比为1/5 526，小于通常值1/1 800，表明该桥的竖向刚度较好。

2)在试验荷载作用下，各应力测点应变值均小于理论值，结构校验系数＜1.0，表明试验时桥梁强度满足设计要求。

3)在试验时主梁各控制截面相对残余变形及残余应变很小，表明卸载之后结构的变形能够及时恢复，结构处于弹性工作状态。

4)由模态试验基频和理论计算值对比可以看出，实测梁体跨中横向自振频率值和桥墩横向自振频率大于规范通常值，表明结构的横向刚度较好。

5)行车试验表明梁体试验截面的动应变、加速度和振幅响应正常，墩顶横向振幅小于通常值，主桥中跨C截面的最大动力系数1.081小于规范值1.154。

6)本次试验曾采用3辆DF机车和DF机车+C62重车的编组形式进行加载试算，仍达不到《铁路桥梁检定规范》要求的荷载效率系数，建议结合我国铁路的实际荷载状态和单线铁路连续梁桥的内力状态对《铁路桥梁检定规范》的荷载效率系数限值开展进一步的研究。

目前《铁路桥梁检定规范》的限值均是针对简支梁，其他结构形式铁路桥梁运营性能检验相关参照文献较少，建议开展更具广泛性的研究。

［1］崔琳．预应力混凝土连续箱梁荷载试验分析［D］．西安:长安大学，2011．

［2］宁刚，马福，张少华．预应力混凝土箱型连续梁桥的动荷载试验研究［J］．中国科技论文，2015，10(7):855-859．

［3］陈韵，刘伯奇．预应力混凝土连续箱梁加宽改造后安全评估［J］．铁道建筑，2015(6):24-26．

［4］陈通，曾小广．多跨预应力混凝土连续梁桥荷载试验分析［J］．交通科技，2013(6):19-21．

［5］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．

［6］黄力，石雪飞，徐亮，等．大跨度连续梁桥动静载试验及结构评定［J］．石家庄铁道大学学报(自然科学版)，2012，25 (3):24-29．

［7］施洲，夏招广，葛玉梅．高墩大跨连续梁铁路桥动力试验［J］．西南交通大学学报，2006，41(3):349-354．

［8］黄胜前，杨永清．高墩大跨连续箱梁铁路桥动力性能试验研究［J］．铁道标准设计，2012(12):35-39．

［9］中华人民共和国铁道部．TB 10002.1—2005铁路桥涵设计基本规范［S］．北京:中国铁道出版社，2005．

Load Test and Structure Evaluation of Small-span Single-track Railway Continuous Box Girder Bridge on Dunhuang－Golmud Railway

ZHANG Shichao1，ZHAO Zhongyan2
(1．China Railway Southwest Research Institute Co．，Ltd．，Chengdu Sichuan 611731，China; 2．Sichuan Huateng Highway Examination Co．，Ltd．，Chengdu Sichuan 611730，China)

A(32+48+32)m continuous prestressed concrete box girder bridge，which is the main bridge of an overpass bridge on distribution line of Dunhuang－Golmud single-track railway，was studied．T hree load cases were suggested based on the finite element analysis．T he deformation and stress at the critical sections under static loads were measured．Also，the dynamic test for main bridge was conducted to analyze the natural vibration properties and structural dynamic response，including frequency，amplitude，acceleration and impact factor．T he test results suggest a sound design and construction．T he bridge stiffness and bearing capacity satisfy the requirements of design and operation．

Single-track railway;Continuous box girder bridge;Load test;Structure evaluation

U448．21+5;U446．1

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．12．05

1003-1995(2016)12-0017-04

(责任审编孟庆伶)

2016-08-09;

2016-10-09

张时超(1987—)，男，工程师，硕士。