重载铁路简支梁桥静动载试验分析

2020-09-04朱占龙王永东

铁道建筑 2020年8期

朱占龙王永东

（中铁西北科学研究院有限公司，兰州 730000）

神朔铁路桥涵结构自建成通车以来，主要开行23 t以下轴重的货物列车，近年来开始开行25 t轴重列车。该桥已运营20多年，应对其进行静动载试验以评估梁体的各项性能指标能是否满足安全运营的要求［1-3］。

1 桥梁静动载试验内容及方法

神朔铁路于1996 年7 月建成通车，为双线铁路，支座均采用摇轴支座。现投入运营的车辆有C64，C70，C80等车型，运营机车类型以SS4型及神华号为主［4-5］。试验桥梁位于神朔线保德站—王家寨区间内，全桥为简支T 梁桥，跨径组合为4×32 m。其中，32 m 主梁（专桥2039 图号）截面高度为2.60 m，截面形心距梁体底缘1.40 m。桥梁采用双线圆端形桥墩，桥跨大里程侧1#墩墩高13.40 m，墩底横向宽7.41 m，属低墩，采用桩基础，基础深19.9 m。桥跨小里程侧2#墩墩高30.40 m，墩底横向宽度7.98 m，属中高墩，采用挖井基础，基础深0.8 m。

考虑车辆调配情况及测试效率，本次试验调配1列“DF4+8×C80”进行静载试验。动载试验时，重载货车编组情况均为“SS4B×2+58×C80+SS4B×2+58×C80”，经过测试得到6 组C80 货车数据（实测速度为30.9～48.2 km/h）。本文选取不同速度级的3 组测试结果进行分析。

试验桥简支T 梁采用原“中-活载”设计，通过MIDAS/Civil 有限元软件建立双片T 梁有限元计算模型［6-7］进行理论分析。以跨中截面正弯矩最大值进行加载效率控制［8-9］，静载试验各级加载图示见图1。第1级—第3级加载轮位作用下跨中弯矩加载效率分别为0.46，0.65，0.88；第3 级加载轮位跨中挠度加载效率为0.86。第3级加载轮位作用下跨中弯矩加载效率为0.88，跨中挠度加载效率为0.86，满足铁运函〔2004〕120号《铁路桥梁检定规范》中对试验荷载效率取0.8～1.0的要求。

图1 静载试验各级加载图示（单位：cm）

试验内容：梁体跨中静载应力与挠度；梁体跨中横向振动，包括强振频率、跨中振幅、自振频率、跨中横向加速度；梁体跨中竖向振动，包括自振频率、动挠度、竖向加速度；2#墩横向自振频率；墩顶横向振幅。

应变测点布置于主梁跨中向小里程方向偏移0.5 m处，结合现场测试条件挠度测点布置于跨中截面上缘，见图2。

图2 跨中截面测点布置（单位：cm）

2 静载试验结果

各级加载条件下主梁关键测点应力和挠度分别见表1和表2。

由表1 可知，实测双片T 梁截面下缘最大拉应力6.21 MPa，小于理论值7.83 MPa。主测截面应力校验系数最大值为0.79，小于铁运函〔2004〕120 号中的通常值（0.9～1.0）。卸载时箱梁实测残余应变很小。

表1 各级加载条件下主梁关键测点应力

表2 各级加载条件下主梁测点挠度

由表2 可知，实测跨中最大挠度11.73 mm，小于理论值17.34 mm。主测截面挠度校验系数稍小于铁运函〔2004〕120 号中的通常值（0.7～0.8）。卸载时箱梁实测残余挠度较小。实测静载最大挠度换算至中-活载作用下的挠度为13.64 mm，小于铁运函〔2004〕120号的通常值L/1 800=17.7 mm（L为跨度）。

测试结果表明，梁体静载抗弯强度及抗弯刚度满足规范要求，试验荷载下结构处于弹性受力状态。

3 动载试验结果

3.1 跨中竖向振动

经智能数据采集和信号分析仪处理，得到动载条件下跨中梁体竖向振动参数，见表3。

表3 动载条件下跨中梁体竖向振动参数

基频可以综合反映跨度、刚度、恒载等因素对梁体自振特性的影响，简支梁基频计算公式为

式中：EI为梁体的刚度；q1，q2分别为单位长度梁体的自重和二期恒载；g为重力加速度。

32 m 简支双片T 梁竖向基频数值计算结果为3.97 Hz，通常值为23.58L0.592=3.03 Hz。重载货车条件下由环境微振动法测得梁体竖向基频5.21 Hz 大于理论值及通常值，主梁动载刚度较大［6，10］。由于忽略了轨道结构约束对主梁竖向刚度的贡献［11-12］，故梁体竖向基频现场实测值比理论值偏大。本文32 m 梁体挠度动力系数设计值为1.19，实测挠度动力系数最大值1.09小于设计值。