神朔线朱家川9号大桥运营性能试验分析

张 智 荣

(中国神华神朔铁路分公司河东运输段，山西 忻州 036200)



神朔线朱家川9号大桥运营性能试验分析

张 智 荣

(中国神华神朔铁路分公司河东运输段，山西 忻州 036200)

以神朔线图号为专桥2059的32 m简支梁桥为研究对象，通过测试列车动力振动特性，判断了该桥当前的实际工作状态，结果表明，桥梁上部结构振动特性均在规范规定范围内，3号桥墩墩顶横向振幅值略大于规范规定的通常值，说明该桥基本能够满足目前的运输需求，但是在开行较大轴重货车时建议进行加固处理。

重载铁路，梁体，桥墩，振动特性

铁路重载运输具有运能大、效率高、运输成本低等优势，是大宗货物最为经济有效的运输方式。我国客运专线铁路网建成后，铁路运输的客货分流成为必然趋势，为我国铁路重载运输提供必要的前提条件。提高货车轴重、降低运输成本、提高经济效益是提高铁路重载运输效率的重要措施之一[1,2]。早在20世纪60年代，美国重载货车轴重已达到25 t，随后上升至30 t；20世纪90年代，北美开始研制轴重35 t～37 t的大型货车，运输效率极为显著。我国铁路货车的最大轴重为25 t，发展30 t及以上轴重货车重载运输是神朔铁路货运发展的主要方向之一[3]。

神朔铁路常用跨度桥梁以分片式简支T梁为主。经统计，全线共计1 561孔预应力混凝土梁，占常用跨度桥梁总数的97.6%，图号为2059的简支梁桥占总桥梁数的1.3%。神朔铁路桥梁自建成通车以来，主力运营车型为C64K，C70A和C80，轴重分别为21 t，23 t和25 t；计划开行的重载车型为C96，KM96，轴重为30 t。

根据我国铁路重载运输发展的迫切需求，开展预应力混凝土简支梁的重载技术研究，为我国既有铁路开行30 t及以上轴重货车重载运输提供技术支撑，对促进我国铁路重载运输的发展具有重要意义[4]。

1 工程概况

1.1 专桥2059梁

专桥2059图号梁的主要设计依据是《铁路桥涵设计规范》。设计荷载为“中—活载”。其中专桥2059A,专桥2059B的主要设计参数有梁长32.6 m，梁高2.5 m，主梁中心距1.8 m，上翼缘宽3.9 m，混凝土标号500号(略低于现在强度等级C50)，每片梁质量约3.28 t/m[5]。

1.2 桥梁概述

神朔线165号(朱家川9号)大桥，中心里程K116+365，位于保德—王家寨间，双线桥，桥全长337.4 m，孔跨式样为10孔跨度32 m预应力混凝土梁，梁定型图号为专桥2059，设计荷载为“中—活载”，1994年建成。轻、重车线梁体分开，府谷方桥台为双线埋式桥台，朔方桥台为双线混凝土耳墙式桥台，1,3,7,8,9号桥墩为双线圆端形实体墩，定型图号叁桥4027，2,4,5,6号桥墩为双线圆端形空心墩，定型图号壹桥4221。支座为高0.49 m的摇轴支座，支座固定端位于府谷端。混凝土沉井基础及混凝土扩大基础，1,8号墩基础为挖孔桩基础，桥上曲线半径500 m，桥上线路坡度-11.1‰，基底土质为砂岩、页岩。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。桥梁概貌如图1所示。

1.3 试验情况

通过测试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，测试桥墩顶横向及竖向振幅等参数，判断该桥当前的实际工作状态。

165号桥动载试验测点布置如图2所示。

2 梁体测试结果分析

2.1 梁体振幅特性分析

1)梁跨中横向振幅分析。

重车线第2孔梁跨中横向振幅与行车速度的关系如图3所示。列车通过时重车线第2孔梁跨中横向振幅最大值为2.249 mm，为C64K列车通过时产生，相应列车速度57.4 km/h。

在列车作用下，实测重车线第2孔梁跨中横向振幅值与行车速度无明显的关系。

重车线第3孔梁跨中横向振幅与行车速度的关系如图4所示。列车通过时重车线第3孔梁跨中横向振幅最大值为1.723 mm，为会车时产生，会车情况为轻重车均为C64K货车，轻车速度64.3 km/h，重车速度58.5 km/h。

在列车作用下，实测重车线第3孔梁跨中横向振幅值与行车速度无明显的关系。

按照《铁路桥梁检定规范》[6](以下简称《桥检规》)规定，货列重车(v≤80 km/h)实测跨中横向振幅通常值为L/7.0B(B为支座中心距)，重车横向振幅通常值为2.54 mm。实测重车线梁跨中横向振幅最大值为2.249 mm，不超过《桥检规》通常值的规定。

2)梁跨中竖向振幅分析。

重车线第2孔梁跨中竖向振幅最大值为1.211 mm，为会车时产生，会车情况为两线均为C64K货车，轻车速度64.3 km/h，重车速度58.5 km/h。重车线第3孔梁跨中竖向振幅最大值为1.304 mm，为C64K列车通过时产生，相应列车速度57.4 km/h。

《桥检规》对梁跨中竖向振幅没有具体规定，可以参考其他同类型桥梁的经验值，本桥梁跨中最大竖向振幅为1.304 mm，从以往测试经验可知，本桥竖向振幅正常。

2.2 梁体振动加速度特性分析

1)横向加速度。

重车线第2孔梁跨中横向加速度与行车速度的关系如图5所示。列车通过时重车线第2孔梁跨中横向加速度最大值为0.678 m/s2，为C80(轻车，55.7 km/h)与C70A(重车，57.3 km/h)会车时产生。

重车线第3孔梁跨中横向加速度与行车速度的关系如图6所示。列车通过时重车线第3孔梁跨中横向加速度最大值为0.424 m/s2，为C80列车通过时产生，相应列车速度62.6 km/h。

2)竖向加速度。

重车线第2孔梁跨中竖向振动加速度最大值为0.996 m/s2，为C64K货车以速度65.4 km/h通过时产生；重车线第3孔梁跨中竖向振动加速度最大值为0.806 m/s2，为C64K货车以速度60.4 km/h通过时产生。

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。本桥重车线梁跨中竖向振动加速度最大值为0.996 m/s2，满足要求。

3 桥墩振动特性分析

3.1 墩顶横向振幅

在运营列车作用下，2号、3号、4号墩墩顶实测横向振幅统计结果见表1。

表1 墩顶横向振幅测试统计

2号墩为空心墩，墩高41 m，墩身横向平均宽度为7.064 m，扩大基础。3号墩为实体墩，墩高31.9 m，墩身横向平均宽度为7.11 m，沉井基础。4号墩为空心墩，墩高50 m，墩身横向平均宽度为7.106 m，沉井基础。

轻车线列车通过时，2号墩顶横向振幅最大值为0.251 mm，重车线列车通过时，2号墩顶横向振幅最大值为1.798 mm；轻车线列车通过时，3号墩顶横向振幅最大值为0.356 mm，重车线列车通过时，3号墩顶横向振幅最大值为1.635 mm，第二大值为1.423 mm。轻车线列车通过时，4号墩顶横向振幅最大值为0.559 mm；重车线列车通过时，4号墩顶横向振幅最大值为1.523 mm。可以看出重车线列车通过时的墩顶横向振幅要远大于轻车线列车通过时的振幅值，并且横向振幅大小不随车辆轴重及列车速度增大而增大。

根据《桥检规》10.0.7规定，混凝土墩身中高墩扩大基础和沉井基础墩顶横向振幅限值由式(1)求得：

(1)

其中，H1为墩高(自基顶或桩承台顶至墩顶),m;B为墩身横向平均宽度,m。

表2给出了墩顶横向振幅最大值和《桥检规》中规定的通常值。可以看出2号墩及4号墩墩顶横向位移值不大于规范规定的通常值，而3号墩墩顶横向位移值略大于规定的通常值。为了开行30 t轴重货车的需要，建议对3号桥墩进行加固处理。

表2 墩顶横向振幅值对比 mm

3.2 墩顶竖向振幅

在运营列车作用下，2号、3号、4号墩墩顶实测竖向振幅统计结果见表3。

由表3可知，轻车线列车通过时，2号墩顶、3号墩顶、4号墩顶竖向振幅最大值分别为0.027 mm,0.024 mm,0.021 mm，重车线列车通过时，2号墩顶、3号墩顶、4号墩顶竖向振幅最大值分别为0.119 mm,0.042 mm,0.031 mm，竖向振幅值均很小。可以看出重车列车通过时的墩顶竖向振幅平均值明显要大于轻车列车通过时的竖向振幅平均值。虽然《桥检规》没有对桥墩顶竖向振幅作出具体规定，但是在开行30 t轴重列车时要对墩顶的竖向振幅做相应的检算。

表3 墩顶竖向振幅测试统计

3.3 桥墩横向自振频率

通过分析2,3,4号墩顶余振波型，得到2,3,4号墩横向自振频率分别为2.285 Hz,2.070 Hz,1.582 Hz。按照《桥检规》及墩身尺寸计算，2,3,4号墩横向自振频率通常值分别为1.556 Hz,2.006 Hz,1.271 Hz，实测横向自振频率均大于《桥检规》通常值，均满足要求。

4 结论

本文以32 m跨度预应力混凝土简支梁(专桥2059)为研究对象，对神朔铁路朱家川9号桥进行了动力振动测试，为下一步开行30 t轴重货车积累技术数据，得到结论如下：

1)梁体跨中横向振幅、竖向振幅、横向加速度以及竖向加速度等指标均在规范规定的限值之内，跨中横向振幅、横向加速度以及竖向加速度与列车速度、车辆轴重、会车与否等并无较为显著的关系，而跨中竖向振幅随着行车速度的增加逐渐增大，在开行较大轴重列车、行车速度提高的情况下需要对桥梁跨挠比进行检算。

2)重车线墩顶横向振幅要远大于轻车线墩顶横向振幅；3号墩墩顶横向位移值略大于规定的通常值，为满足开行30 t轴重列车的需要，建议对3号墩桥墩进行加固处理。

3)对于目前运营当中的设计图号为专桥2059梁的桥梁，考虑其远期运营条件和近期使用安全，建议在对其全面检测的基础上进行加固处理。

[1] 龙卫国.既有重载铁路桥梁提高轴重适应性研究[D].长沙:中南大学,2013.

[2] 葛俊颖.桥梁工程(上)[M].北京：中国铁道出版社,2010.

[3] 胡所亭,牛 斌,柯在田.我国既有铁路桥涵对大轴重货车开行适应性分析[J].铁道建筑,2013(3):1-4.

[4] 李峰帜.朔黄铁路慈河特大桥运营性能评估试验研究[J].城市道桥与防洪,2014(7):183-187.

[5] 刘 楠,孙 弋,许建平.图号为专桥2059的简支梁桥受迫振动试验分析[J].铁道建筑,2010(2):9-10.

[6] 铁运函[2004]120号,铁路桥梁检定规范[S].

The test and analysis on operation performance of Zhu Jiachuan No.9 bridge of Shenshuo line

Zhang Zhirong

(HedongTransportSection,ChinaShenhuaShenshuoRailwayBranch,Xinzhou036200,China)

Taking the 32 m simple supported girder bridge of Shenshuo line drawing number for special 2059 as the research object, through testing the vibration characteristics of train power, determined the actual working state of the bridge, the results showed that the vibration characteristics of bridge superstructure within specification scope, the lateral amplitude value of No.3 pier top slightly larger than the standard value, the bridge could meet the transportation demand, but suggested that the reinforcement treatment in the opening line of large truck axle.

heavy haul railway, girder, pier, vibration characteristic

1009-6825(2017)15-0173-03

2017-03-12

张智荣(1975- )，男，助理工程师

U446

A