南昆线2×64 m上承式连续钢桁梁裂纹病害整治

吕映星

（中国铁路南宁局集团有限公司工电检测所，工程师，广西 南宁530001）

南昆铁路开通已愈20年，随着运行时速和货运量的逐步提升，加上山区铁路地形条件、自然因素等影响，在长久高负荷运营情况下，钢梁桥性能出现不同程度受力疲劳问题，直接或间接影响了铁路运营安全和铁路运输效率。

1 病害桥梁基本概况

1.1 桥梁概况南昆线八渡4号大桥位于百色至威舍区段，中心里程为K345+738，全长355.3 m，孔跨布置：2×24 m预应力混凝土T梁＋2×32 m预应力混凝土T梁＋2×64 m栓焊上承式连续钢桁梁＋3×32 m预应力混凝土T梁。桥上线路为直线，平坡，单线桥梁，P60无缝钢轨，引桥为有砟，主桥为明桥面。

1.2 上承式钢桁梁概况主桥2×64 m栓焊上承式连续钢桁梁，钢桁梁采用有竖杆平行弦三角形桁式，两片主桁，桁间距4 m，桁高8 m，节间长度8 m，采用拼装式节点，高强螺栓连接。钢桁梁采用16Mnq（Q345q）钢，高强螺栓材质为40B或20MnTib。

主桁杆件截面形式采用H形及箱形，弦杆和斜杆高度和宽度均为460mm，竖杆宽度460 mm，高度为460 mm和440 mm两种，主桁板厚最大36 mm。

主横梁为H形，高度1 290 mm，翼缘尺寸240×12 mm，腹板尺寸1 266×10 mm，横梁腹板上设2道加劲肋，尺寸110×12×1210 mm。

钢梁设置上、下平联及横联，均采用T形截面，上、下平联采用带横撑的交叉形体系，横联采用交叉形体系。在每跨上平联中部设置制动连接系，全桥共2处，在支座处设置下顶梁，全桥共3道。上平联与主桁连接采T形节点板，竖向板、水平板尺寸分别为780×12×260 mm、780×10×303 mm。横联与主桁连接也采用T形节点板，竖向板与水平板的尺寸分别为320×10×260 mm和435×10×345 mm。

2 钢桁梁裂纹病害基本情况

2.1 钢桁梁裂纹病害统计及图示设备管理单位按照相关规定对钢梁桥进行检查和日常保养维修作业发现，南昆线八渡4号大桥上承式连续钢桁梁横梁端部上翼缘螺栓孔裂纹4处、上平联节点板裂纹2处、横联节点板裂纹2处，共计8处，裂纹长度为65～320 mm、宽度0.1～0.2 mm。典型裂纹病害如图1所示。

图1 节点板裂纹图

2.2 钢桁梁裂纹病害具体情况8处裂纹发生在3根横梁上，其中在横梁端部上翼缘螺栓孔4处，有2处在同一截面已贯通，且有发展，病害较为严重，对结构安全影响较大；上平联节点板裂纹2处；横联节点板裂纹2处。病害具体情况见表1。

表1 八渡4号大桥等钢桁梁裂纹病害汇总表

3 钢桁梁裂纹病害原因分析

3.1 钢桁梁裂纹形成的受力机理

3.1.1 横梁端上翼缘螺栓孔处裂纹第1跨8号横梁左侧南宁端（3#）和昆明端（4#）最为典型和严重。该裂纹典型特征为横穿上翼缘第一排螺栓孔，且垂直横梁方向对称分布在腹板两侧。这与横梁上翼缘板在此处应力最大是吻合的，主要由横梁端部弯矩产生。

3.1.2 平联T形节点板裂纹第1跨2号横梁左侧南宁端（1#）和昆明端（2#）。该裂纹典型特征为裂纹在焊缝附近，且平行于焊缝轴向。由于裂纹不是起于该处净截面最弱处，如螺栓孔处，而是焊缝附近，因此可能是因为焊缝内存在的某种缺陷在后期的外力作用下其内部裂隙向板件扩展延伸而形成的疲劳裂纹。

3.1.3 横联T形节点板裂纹第2跨6号横梁左侧南宁端（6#）和昆明端（8#）横联T形节点板裂纹。表一中6#裂纹典型特征为裂纹在焊缝附近，且平行于焊缝轴向，表一中8#裂纹典型特征为裂纹起于节点板腹板的焊缝息弧处。与平联T形节点板裂纹类似，由于裂纹不是起于该处净截面最弱处，如螺栓孔处，而是焊缝附近，因此可能同样是因为焊缝内存在的某种缺陷在后期的外力作用下其内部裂隙向板件扩展延伸而形成的疲劳裂纹。

3.2 钢桁梁产生裂纹成因

3.2.1 运量和运速提升的影响自1997年12月开通运营以来，南昆铁路旅客数及货物发送量年年攀升，2005年全线旅客列车提速至100 km/h。2005年列车牵引能力由2 050吨提升至5 000吨，并于2011年开通了6 000吨重载列车；2002年全线能力由16对提高至43.5对，2012年客车8对、货车33对；2013年全线年输送能力由设计能力1 000吨提高到2 730吨，截至2017年5月，南昆铁路每年最大输送能力（单向）3 500万吨。运输通过能力接近设计限值，年输送能力超过设计限值，加上列车运行提速及列车牵引能力提升，钢梁负荷加大并在循环应力作用下可能产生疲劳裂纹。

3.2.2 通车年限长及桥梁不均匀沉降因素影响桥梁已通车24年，运营过程中桥墩的横向偏差，不均匀沉降及地震等均有可能增大钢梁扭矩，对横梁端部造成不利影响，使得横梁端部产生裂纹。

4 钢桁梁裂纹病害整治方案

4.1 加固部位与方法共涉4处裂纹病害，对横梁上翼缘和腹板上方采用增设钢板进行加固。横梁上翼缘板底两侧增设钢板，钢板尺寸110×16×640 mm，与上翼缘采用M22高强度螺栓连接，上翼缘需新增Φ 23钻孔。横梁腹板上方大小里程两侧增设钢板，钢板为160×12×480 mm，与腹板采用M22高强度螺栓连接，腹板需新增Φ 23钻孔。典型整治方案图见图2。

图2 横梁端部上翼缘螺栓孔处裂纹整治图（3#、4#）

八渡4号桥第一跨8号横梁（3#、4#）左侧裂纹已延伸到腹板上，这两处在裂纹尖端进行钻孔，防止裂纹进一步发展，要求止裂孔径Φ 10mm，距离裂纹尖端10 mm。

4.2 平联T形节点板该类型第1跨2号横梁左侧南宁端（1#）和昆明端（2#）节点板2处裂纹病害，采用更换整个平联T形节点板的方法进行整治，更换的平联节点板竖向板尺寸780×16×260 mm，水平板尺寸780×16×340 mm。典型整治方案图见图3。

图3 平联T形节点板裂纹整治图（1#、2#）

4.3 横联T形节点板该类型共涉及1个节点板2处裂纹病害（6#、8#），采用更换整个横联T形节点板的方法进行整治。更换后的横联节点板竖向板尺寸为320×16×260 mm，水平板尺寸为240×16×240 mm，横向板尺寸435×16×345 mm。典型整治方案图见图4。

图4 横联T形节点板裂纹整治图（6#、8#）

4.4 钢桁梁裂纹整治情况根据设计方案，目前已完成对南昆线八渡4号大桥中2×64 m栓焊上承式连续钢桁梁裂纹病害整治，保证了桥梁安全和性能稳定。病害整治后钢桁梁现状见图5、图6。

图5 横梁端上翼缘螺栓孔处裂纹加固图

图6 更换横联T形节点板图

5 结束语

采用2×64 m上承式连续钢桁梁裂纹方案分别对南昆线K342+074横口3号大桥、K487+431木浪河大桥钢桁梁类似病害进行整治，同样取得较好效果。该方案具有较广泛的推广价值，为铁路同类维修单位有效进行钢桁梁裂纹病害整治，提供了启示和借鉴。