神朔线163号桥运营性能评估试验研究

韩 治 平

(中国神华神朔铁路分公司河东运输段，山西 忻州 036200)



神朔线163号桥运营性能评估试验研究

韩 治 平

(中国神华神朔铁路分公司河东运输段，山西 忻州 036200)

以神朔铁路线K113+704 163号桥为主要研究对象，通过试验，测试了列车作用下梁体跨中振幅、振动加速度以及动挠度、挠度动力系数、活动支座位移等参数，判断了该桥当前的实际工作状态，为下一步开行轴重25 t机车三机牵引重载列车提供了技术数据。

重载铁路，桥梁，振动加速度，支座，振幅

随着我国重载铁路的发展，有的许多重载桥梁逐渐进入了养护维修阶段，桥梁管理者对桥梁的养护已日益重视。通过对桥梁的全面检测，积累技术资料，系统地收集当前桥梁技术数据，为加强桥梁科学管理、充实桥梁数据库和提高桥梁技术水平提供必要条件；通过合理设计检测的方法，辅以布设长期监测设备，逐步建立桥梁健康监测系统，为桥梁长期安全运营，以及发挥其最佳经济效益和社会效益奠定基础[1,2]。重载铁路桥梁下部结构在使用期间不仅承受通行列车的动力荷载，还承受着车船撞击、洪水冲刷、地下水对材料的侵蚀，以及突发地震等外界作用。因此容易出现各种各样的病害，上部结构出现的主要问题是梁体振动过大、梁体裂纹、横向或竖向刚度不足等原因；下部结构容易出现基础约束弱化和墩身劣化病害，从而降低其刚度，影响运营安全性。若桥梁发生病害，如结构产生裂缝或风化、基础冲刷、局部断裂、基础与地基接触产生了松弛或裂隙等，其振幅和自振频率等振动参数必然会发生改变。因为桥梁的振动特性可以反映其工作状态，因此研究者十分重视桥梁振动特性的测试和分析，并取得了大量的研究成果[3-5]。本文通过试验，对列车作用下梁体跨中横向振幅、竖向振幅、横向振动加速度、竖向振动加速度以及动挠度、挠度动力系数、活动支座位移、桥台横竖向振幅等参数进行测试。

1 测试桥梁概况

神朔线163号桥，中心里程K113+704，位于保德—王家寨间，桥全长19.42 m，孔跨式样为1孔跨度12 m钢筋混凝土梁，梁定型图号为专桥(88)1023，设计活载为中—活载。轻、重车线梁体分开，双线混凝土耳墙式桥台，桥台定型图号为叁桥4028，支座固定端位于神木端，片石混凝土扩大基础，桥台基底置于砂岩地层上。桥位于半径450 m曲线上，上行线为重车线，无缝线路，钢轨型号为75 kg/m，Ⅲ型轨枕；下行为轻车线，无缝线路，钢轨型号为60 kg/m，Ⅱ型轨枕。此外该桥自开通运行至今，没有进行过任何检测评估工作。桥梁概貌如图1所示。

2 试验内容

2.1 测试内容及测点统计

对163号桥跨度12 m钢筋混凝土梁、桥台进行动载试验，测试内容如表1所示。

表1 163号桥12 m钢筋混凝土梁桥动载试验测试内容

2.2 测点布置

163号桥动载试验测点布置如图2所示。

3 桥梁结构评估结果

运营重载列车的机车主要为SS4改进型电力机车，货车主要为C64型号、C70型号和C80型号的运煤敞车，3种车的轴重分别为21 t,23 t和25 t,列车有5 000 t和10 000 t两种编组方式。

测试了该桥上行重车线在重载列车下的振幅、应变和挠度等动力响应，并与规范值进行了比较。

3.1 梁体挠度及动力系数分析

《铁路桥梁检定规范》[6](以下简称《桥检规》)规定，列车静活载(换算至中—活载)作用时，钢筋混凝土梁竖向挠跨比通常值为1/4 000。实测重车线梁跨中竖向挠度最大值为1.271 mm，相应动力系数为1.08。经计算，C80货车满载在跨度12 m梁上作用的活载系数为0.838，换算至中活载(静活载)，其挠度为1.404 mm，挠跨比为1/8 547，小于《桥检规》竖向挠跨比1/4 000，满足要求。

桥梁动力系数是综合反映桥梁结构的动力性能、桥面的平整度、车辆的动力特性以及车速等因素影响的重要参数。动力系数按《桥检规》公式(4.0.9-3)计算：

(1)

其中，α=4×(1-h)≤2；h为顶上填土厚度；L以m计。

除承受局部活载的杆件为影响线加载长度外，其余均为桥梁跨度。该桥跨度12 m梁1+μ=1.286，实测最大动力系数1.26(轻车线)，不超过《桥检规》理论计算值。

3.2 梁跨中横向振幅及竖向振幅

铁路桥梁应有足够的横向刚度，以保证列车通过时，桥梁结构不出现激烈振动，防止车轮脱轨。本次检测对上行重车线本线列车通过时梁跨中横向振幅、会车时上行重车线梁跨中横向振幅、下行轻车线本线列车通过时梁跨中横向振幅、会车时下行轻车线梁跨中横向振幅四种工况进行测试。对上行重车、会车的竖向振幅进行测试。

在运营列车作用下，跨中实测横向振幅、跨中竖向振幅统计结果如表2所示，会车作用下跨中横竖向振幅如图3～图5所示。

表2 跨中横竖向振幅统计表 mm

从表2和图3～图5中可以看出：

实测重车上行线梁跨中横向振幅较小。剔除异常值后横向振幅最大值为0.211 mm，为C64K货车在速度58.4 km/h时产生。在各种列车作用下，梁体跨中横向振幅与行车速度均无明显关系。实测重车上行线跨中竖向振幅最大值为0.428 mm，为C80货车在速度38.2 km/h时产生。

会车重车线梁跨中横向振幅最大值为0.224 mm，会车情况为轻车C80货车，速度57.3 km/h，重车C64K货车，速度57.2 km/h。

会车轻车线梁跨中横向振幅最大值为0.433 mm，对应会车情况为轻车C64K货车，速度37.7 km/h，重车C80货车，速度52.3 km/h。

会车重车线梁跨中竖向振幅最大值为0.402 mm，会车情况为轻车线C64K货车，轻车速度47.3 km/h，重车线C80货车，重车速度53.7 km/h。

3.3 梁跨中横向振动加速度及竖向振动加速度

1)梁跨中横向振动加速度。

会车时重车线梁跨中横向振动加速度最大值为0.556 m/s2，轻车线为C64K货车，速度47.3 km/h，重车线为C80货车，速度53.7 km/h。

测得重车线梁跨中横向振动加速度最大值为0.657 m/s2，为C80货车以速度51.3 km/h通过时产生。

测得轻车线梁跨中横向振动加速度最大值为0.961 m/s2，为会车时产生，轻重车均为C70A货车，轻车速度58.7 km/h，重车速度55.7 km/h。

2)梁跨中竖向振动加速度。

测得重车线梁跨中竖向振动加速度最大值为0.775 m/s2，为C64K货车以速度48.8 km/h通过时产生，如图6所示。

会车时重车线梁跨中竖向振动加速度最大值为0.661 m/s2，轻车线为C80货车，速度57.3 km/h，重车线为C64K货车，速度57.2 km/h。

参照文献[6]，提速160 km/h有碴桥梁竖向振动加速度应不超过3.5 m/s2。本桥重车线梁跨中竖向振动加速度最大值为0.775 m/s2，满足要求。

3.4 桥梁活动支座位移

会车时，轻车线活动支座纵向位移最大值为0.098 mm，本线列车通过时，轻车线活动支座纵向位移最大值为0.109 mm。

会车时，重车线活动支座纵向位移最大值为0.062 mm，本线列车通过时，重车线活动支座纵向位移最大值为0.089 mm。重车线活动支座正常。

按照定型图专桥(88)1023分析计算，该梁最小承载系数为1.274。

3.5 桥梁偏心分析

《铁路桥隧建筑物修理规则》(铁运[2010]38号)规定，第3.1.2条，“桥上线路中线与梁跨设计中线的偏差，钢梁不应大于50 mm，圬工梁不应大于70 mm，行车速度大于120 km/h区段，钢梁、圬工梁均不应大于50 mm。超过偏差限值时应进行检算，如影响承载能力(即K<1)或侵入限界时，必须进行调整。”

本桥实测线桥偏心如表3,表4所示。

表3 上行重车线桥梁偏心值

表4 下行轻车线桥梁偏心值

该桥上下行桥上线路与理论布置的偏差均超出70 mm，需要检算梁跨承载能力，检算结果如表5所示。

目前桥上曲线线路偏心均为偏向下股，为使两片梁受力均衡，严禁继续向下股拨道，有条件时应向上股适量拨道。

4 结论及建议

表5 桥梁承载系数检算结果

4.1 结论

1)在C80重车作用下，实测梁跨中挠度值最大，最大值为1.271 mm，换算至中—活载(静活载)挠度值为1.404 mm，挠跨比为1/8 547，小于《桥检规》竖向挠跨比1/4 000的规定，满足要求。实测最大动力系数1.26，不超过《桥检规》理论计算值1.286。

2)本桥跨度12 m钢筋混凝土梁跨中横向振幅安全限值为1.333 mm，重车线梁及轻车线梁，在本线列车通过及会车时，跨中横向振幅最大值分别为0.224 mm,0.488 mm，均不超过《桥检规》安全限值的规定。

3)实测跨中最大竖向振幅0.428 mm，为C80重车过桥时产生。

4)重车线梁跨中横向振动加速度最大值为0.657 m/s2，轻车线梁跨中横向振动加速度最大值为0.961 m/s2，均小于《桥检规》规定1.4 m/s2。

5)本桥重车线梁跨中竖向振动加速度最大值为0.775 m/s2，参照《铁路桥隧建筑物修理规则》，提速160 km/h有碴桥梁竖向振动加速度应不超过3.5 m/s2，满足要求。

6)轻车线活动支座纵向位移最大值为0.109 mm，重车线活动支座纵向位移最大值为0.089 mm。轻、重车线活动支座均正常。

7)桥梁最小承载系数1.274。下行轻车线及上行重车线线桥偏心超过《铁路桥隧建筑物修理规则》的规定。经检算，上行及下行桥梁偏心折减后承载系数分别为1.071,1.108，承载能力可满足中—活载。

4.2 建议

1)上下行桥上线路与理论布置的偏差均超出70 mm，均为偏向下股，为使两片梁受力均衡，严禁继续向下股拨道，有条件时应向上股适量拨道。

2)承载系数偏心折减后1.071，满足中—活载。重载列车若超过中—活载，应重新检算承载能力，并进行动载性能测试。

[1] 杨心怡,刘吉元,苏永华,等.铁路重载运输条件下盖板涵加固技术[J].铁道建筑,2015(10):73-75.

[2] 王 巍,姚京川,刘鹏辉，等.我国高速铁路桥梁动态测试技术的新进展[J].中国铁路,2013(2):48-51.

[3] 刘寿山.朔黄重载铁路桥梁病害分析及维管对策研究[J].国防交通工程与技术,2015(S1):13-15.

[4] 王立军,张千里,赵洪勇，等.重载铁路路基病害及对策[J].铁道建筑,2005(7):67-68.

[5] 宋绪国,叶朝良,苏 达.朔黄重载铁路路基病害的分类及其成灾机理研究[J].石家庄铁道大学学报,2013,26(1):61-66.

[6] 铁运函[2004]120号,铁路桥梁检定规范[S].

The test research on operation performance evaluation of No.163 bridge of Shenshuo line

Han Zhiping

(HedongTransportSection,ChinaShenhuaShenshuoRailwayBranch,Xinzhou036200,China)

Taking Shenshuo railway line K113+704 No.163 bridge as the main research object, through the test, this paper test the beam mid-span amplitude, vibration acceleration and dynamic deflection, deflection dynamic coefficient, movable bearing displacement and other parameters under train action, determined the current actual working state of the bridge, provided technical data for future operation of axle weight 25 t Level 3 traction heavy haul train.

heavy haul railway, bridge, vibration acceleration, bearing, amplitude

1009-6825(2017)14-0186-03

2017-03-09

韩治平(1974- )，男，助理工程师

U446

A