既有铁路钢筋混凝土梁桥检测评定

梁腾飞 程英鸽 贺园园

摘要：为保证现有铁路旧桥梁运行的安全，需要定期的对其承载能力以及实际的工作情况进行全面检测。本文以清绿支线黑河3#钢筋混凝土梁桥为例，对其进行了外观检查、混凝土强度检测、静载试验及动载试验，阐述了铁路钢筋混凝土梁桥全面检测的内容与方法;根据实际得到的检测结果，对该钢筋混凝土梁桥自身的实际工作状况进行了评估，对其后期的维修及加固工作提供依据。

Abstract： To ensure the safe operation of existing railway old bridges， the bearing capacity and actual working state of the bridge should be tested in a comprehensive way. In this paper， taking the Heihe 3#railway reinforced concrete beam bridge as an example， has carried out the outward appearance inspection， the pier and abutment strength detection， the static load test and the dynamic load tests， the inspection content and the method are expounded. Then on the basis of the test results， the working state of the bridge is evaluated， in order to provide a reference of the detection and reinforcement work of other bridge.

关键词：钢筋混凝土梁桥;承载能力;检测;动载试验

Key words： reinforced concrete beam bridge;bearing capacity;detection;dynamic load test

中圖分类号：U446                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）13-0081-03

0  引言

桥梁是铁道线路的咽喉，对保证铁路运输的畅通与安全具有重要的意义，目前为止，我国拥有铁路桥梁数量超过20万座。伴随着桥梁服役年限的增长、线路的提速、载荷的增加等因素，既有铁路桥梁的工作状态会出现下滑，会产生各种病害导致承载能力下降，这些问题都与结构安全密切相关。因此对既有桥梁的承载能力进行检测、对其服役状态进行评估，并根据评估结果进行加固，是线路运营中必须重视的一个问题[1-5]。本文以清绿支线黑河3#钢筋混凝土梁桥为例，对其健康状态进行全面检测评估，希望能对其他类似桥型提供参考和借鉴。

1  桥梁概况

黑河3号桥桥梁全长178.98m，桥上线路平坡直线，桥跨结构由10孔16mП型普通钢筋混凝土梁构成。下部结构基础为沉井，基础底部的土壤成分是砂质胶结层，其墩身是钢筋混凝土圆端形结构，并且为了防止浮冰影响，在桥墩的上游侧有用浆砌块石构造形成的破冰体结构，桥台施工按照“桥台-大-106”定型图进行，桥梁的设计荷载等级为中-22级。本桥现场示意图如图1。

2  桥梁检测方案

2.1 检测目的  通过对清绿支线黑河3#桥进行检测试验以及在此基础上进行评估鉴定，达到下面的检测目的：①评价桥梁整体的承载能力及健康状况;②鉴定桥梁工程承载能力;③为桥梁及铁道线路的安全运营、养护及维修提供依据。

2.2 测试流程  本次试验主要内容流程图如图2所示。

2.3 检测内容  该钢筋混凝土梁桥的检测不仅包括对上部桥跨结构及下部墩台混凝土强度的检测、对桥梁外观进行全面检查，又包括对该桥进行的静载及动载试验，以期对全桥的工作状态进行全面完整的评价。

2.3.1 墩台混凝土强度检测  混凝土实际强度，是决定承载等级的关键参数，同时也是试验成果分析所必需，由于混凝土的抗压强度受其表面碳化程度的影响比较大，且该桥由于已修建时间较长，碳化程度较大，因此需要通过采用回弹法来测定上部桥跨结构及下部墩台混凝土的抗压强度，进而求出被测构件的混凝土强度换算值。

2.3.2 桥梁外观质量全面检查  依照桥梁结构养护的有关规定[6]，[7]，对该桥应进行全面的外观质量的检查，其重点检查的内容主要包括：该桥梁梁体及墩台混凝土表面裂缝或裂纹的发展情况、裂缝的深度和宽度以及裂缝对结构承载状况产生的影响;支座的位置是否准确、有无非正常变形及脱空情况;对道钉、桥枕状况及桥面进行检查。

2.3.3 静载试验  通过对桥梁进行静载试验，可以比较直观的判别出结构整体上的工作状态以及承载能力，通过车辆产生等效荷载效应对结构实施加载，以得到其应变及挠度。通过实测应变值计算应力及结构检校系数，评估桥梁的强度;通过实测挠度，计算挠跨比，并与计算值比较，评估桥梁的刚度。其试验检测内容有：跨中位置截面挠度以及应变;支座位置截面应变。

2.3.4 动载试验  进行动载试验，通过试验列车并辅以正常运营行驶的列车进行加载，能够反映出桥跨结构在动荷载作用下的动力特性以及动力响应，实测桥梁结构的动应变、动挠度、冲击系数、自振频率及阻尼比等，并将其跟理论计算值进行比较。主要的检测内容有：跨中位置截面的动挠度及动应变;结构的自振频率以及阻尼比。

加载时采用两台东风4型机车，其轴重如图3所示，采用机车速度从低到高，从10km/h到60km/h递增的方式进行加载，并以通过列车荷载进行辅助测试。

2.4 测点布置  桥该钢筋混凝土梁桥上部结构共十跨，均是跨径16m的简支梁，综合考虑，确定由东风往碱厂方向第三跨为试验检测的对象。考虑到该桥梁体曾做过体外预应力筋加固，如图4所示，因此为了检测该加固是否仍然有效，还需要对体外预应力钢筋的应力应变进行检测。根据简支梁桥的受力特点，在测区中对不同位置的应变片进行布置并且编号，测量其应变，如图5所示，其中1号和2号测点设置在混凝土梁体上，3号到10号测点在梁体内钢筋上，而11号到18号测点则为设置在外加预应力钢筋上的测点。

为了测取挠度，在跨中梁底安放位移计两个;为了便于分析梁的动力特性，在桥面的跨中位置分别放方横向和竖向拾振器，以拾取横向及竖向的动态信号，如图6所示。

3  测试结果及分析

3.1 混凝土强度  通过回弹法，对该桥的梁体和桥墩混凝土的强度分别进行检测，共划分10个测区，检测结果如表1所示。由检测结果可知：梁体混凝土的抗压强度为29.7MPa，满足规范[8]要求;桥墩混凝土的抗压强度为22.9MPa，不满足规范要求。

3.2 桥梁外观质量  经现场对该桥梁外观检查，梁底、墩底部分砼脱落;桥墩裂缝较多，且宽度较大;支座未发现脱空和非正常变形情况，其位置准确;发现部分结构钢筋存在外露现象;枕木受损严重，螺栓锈蚀，少数道钉脱离;梁体与轨道中心线局部偏移。该桥桥梁外观不满足规范要求。

3.3 静载试验测试结果

3.3.1 静应力  在工况作用下，测得跨中截面钢筋及混凝土的应力值，并与理论计算值进行了对比，其结果见表2及表3。校验系数是判断结构工作状况、评估其承载能力的一个重要指标，一般要求该系数应小于等于1，该系数的结果越小则说明结构的安全储备越大，其值如果过大则说明结构的强度、刚度较低或组成该结构的各构件间的连接性较差等。钢筋和混凝土的结构校验系数均大于《铁路桥梁检定规范》的参考值范围，表明结构强度储备较低，已不满足设计要求。此外，对体外预应力筋的应变情况进行了实测，应变情况如表4所示，其实测值偏小，表明外加钢筋加固效果不明显，起不到体外预应力筋的效果，应进行其他有效的加固。

3.3.2 跨中挠度  在采用东風4型机车单线加载，在荷载工况下，实测检测孔跨中位置的挠度值，并和理论计算值进行对比，得到检校系数，结果见表5。从结果中可知结构的校验系数超过了规范中规定的通常值0.55～0.65;将试验荷载换算成中活载时，得其挠度最大值为4.62mm，大于4.0mm，即超过了规定的竖向挠跨比限值L/4000。表明该钢筋混凝土梁桥的竖向刚度不满足要求。

3.4 动载试验测试结果  本次动载试验列车采用东风4型双机，过桥时速从低到高，分别以10km/h、30km/h、50km/h、60km/h的速度行驶通过桥梁，通过电阻应变片及动态信号测试分析系统，对试验数据进行采集，分别记录得到在不同试验速度情况下的应变-时程曲线和加速度-时程曲线，并对得到的曲线进行分析，求出结构的加速度振幅、应变及位移等;通过对得到的各振动信号及时程曲线进行分析，得到动载试验的检测结果如下。

3.4.1 加速度  通过对不同速度上下行时的加速度时程曲线进行分析，得到不同速度下不同位置处的竖向及横向振动加速度，实测结果表明，该桥梁横向振动加速度最大值为1.16m/s2，小于规范中要求的限值1.4m/s2，说明该桥梁能够满足火车舒适性较好的运行。

3.4.2 动挠度  通过分析得到的应变-时程曲线，并结合位移计求出结构的动挠度，将实测挠度值换算至中活载，得到挠度最大值为3.88mm，其挠跨比大于1/4000，超出了《检规》中竖向挠跨比规定的通常值，由此反映了本桥的刚度不能满足其正常工作的要求。

3.4.3 冲击系数  冲击系数可根据记录的动应变来进行分析得到，可按下式进行计算：1+μ=σdmax/σsmax，式中：σsmax取本次波形的振幅中心轨迹线的顶点值，或低速（准静态）最大应力值;σdmax是实测的该点的最大动应变值。

其次冲击系数也可以根据记录的动挠度来进行分析得到，按下式进行计算：1+μ=δdmax/δsmax，式中：δsmax取本次波形的振幅中心轨迹线的顶点值，或低速（准静态）最大挠度值;δdmax是实测的该点的最大动挠度值。

在试验荷载通过桥梁时，测得不同速度情况下梁体跨中应变值，由其计算的冲击系数最大值为1.103，测得不同速度情况下的动挠度值，由其计算的冲击系数最大值为1.089，两者非常接近，表明试验数据可靠真实，并且两者均小于规范设计值1.15，说明该桥梁的振动冲击效应能够满足要求。

3.4.4 桥梁固有参数  由实测得到脉动波形，并对其进行谱分析，并由铁路桥梁检定规范提供的实测时域余振的波形自由振动衰减曲线，即可通过下面两个公式进行计算，得到脉动时桥梁的阻尼比以及自振频率，计算结果如表6所示。

把得到的实测结果和计算得到的理论值进行比较，发现两者竖向相差2.2%，而横向相差6.0%。和横向频率计算值相比，其实测频率值已经小于其6.0%，表明此钢筋混凝土梁桥的横向刚度和以前相比已经有所减弱，是无法满足列车提速要求的。

4  结论

①该桥桥跨结构以前进行过体外预应力加固，但加固效果不明显，起不到体外预应力筋的效果，应进行其他有效的加固。②该桥桥跨结构强度储备较低，竖向刚度不满足要求，横向刚度已变弱，不满足列车提速要求，为了确保运营安全，应对桥跨结构及桥墩分别采取有效的加固措施。③桥梁作为交通运输的咽喉要道，必需对其定期进行全面检测，尤其是既有旧的服役年限已经较长的铁路桥梁。通过对桥梁进行健康状态检测，可对结构的安全性能做出正确的评估，为进行结构维修加固工作提供科学的参考依据，以确保结构及线路的安全运营。

参考文献：

[1]刘文深.桥梁结构检测及其承载力评定[J].山西建筑，2011，

4：197-198.

[2]王宁.既有铁路Π型普通钢筋混凝土梁检测方案分析[J].兰州工业学院学报，2015（6）：54-56.

[3]李君玉，韩新宇.旧有普通钢筋混凝土梁动载试验及有限元分析[J].兰州工业学院学报，2016（3）：29-32.

[4]刘亚尊，吴亚平.既有钢桁架桥的动载检测与有限元模拟分析[J].南阳理工学院学报，2014（6）：83-87.

[5]张晓波.既有铁路π型梁桥梁体加固方案分析[J].黑龙江交通科技，2016（4）：65-66.

[6]中国铁路总公司.铁路技术管理规程（普通铁路部分）[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[7]中国铁路总公司.铁路桥梁检定评估管理办法[M].北京：中国铁道出版社，2015.

[8]国家铁路局标准.铁路桥涵设计规范（TB1002-2017）[S].北京：中国铁道出版社，2017.