開行組合列車對既有線橋涵動(dòng)力性能影響的試驗(yàn)分析

李 杰

(沈陽鐵路局 吉林線橋檢測設(shè)計(jì)所，吉林省 吉林市 132001)

為適應(yīng)國家建設(shè)發(fā)展對鐵路運(yùn)輸需求，沈陽局先后在既有線開行1萬噸、2萬噸運(yùn)煤組合列車。為確保運(yùn)煤通道上的列車運(yùn)行安全，掌握萬噸長大組合列車運(yùn)行條件下橋涵的動(dòng)力響應(yīng)，分析研究既有線橋設(shè)備對運(yùn)行組合列車的適用性及相關(guān)對策，選取具有代表性的橋涵進(jìn)行動(dòng)力性能試驗(yàn)。

由于運(yùn)行組合列車通道上的既有線修建年代不同，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，且隨著23 t軸重 C70貨車的普遍運(yùn)用，貨車軸重已從21 t提高到23 t，組合列車編組已增加到250～260節(jié)，機(jī)車也增加到四臺(tái)。既有線橋涵設(shè)備是否具有足夠的強(qiáng)度以及橫、豎向剛度，是本次試驗(yàn)要解決的主要問題，通過試驗(yàn)了解橋涵設(shè)備在組合列車作用下的安全性和適用性，對不滿足安全運(yùn)營的橋涵提出處理對策。

1 試驗(yàn)概述

1.1 試驗(yàn)橋涵的選型

試驗(yàn)橋涵選取具有代表性的32 m(專橋9700)、31.7 m(大65-138)、20 m(叁標(biāo)橋2024)預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋;10 m(專橋1014)、16 m(專橋1010)低高度鋼筋混凝土T形梁橋;10 m鋼筋混凝土Π形梁橋;3 m、4 m(肆橋5009)蓋板箱涵等10種類型?；A(chǔ)類型有擴(kuò)大基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等。

1.2 試驗(yàn)荷載

由于組合列車運(yùn)行通道運(yùn)輸繁忙，無法進(jìn)行編組列車試驗(yàn)，動(dòng)載試驗(yàn)荷載采用通過列車進(jìn)行;梁及橋墩振動(dòng)頻率采用環(huán)境微振動(dòng)方法進(jìn)行。

1.3 動(dòng)載試驗(yàn)內(nèi)容

1.3.1 橋梁試驗(yàn)內(nèi)容

1)混凝土梁跨中下翼緣混凝土動(dòng)應(yīng)變;

2)梁體跨中動(dòng)撓度;

3)梁體橫、豎向振動(dòng);

3)橋面橫向和豎向加速度;

5)墩頂橫向振動(dòng);

6)支座橫向和縱向動(dòng)位移;

7)列車速度和位置。

1.3.2 蓋板涵試驗(yàn)內(nèi)容

1)涵洞蓋板跨中動(dòng)撓度;

2)涵洞蓋板跨中混凝土動(dòng)應(yīng)變;

3)涵洞頂跨中豎向振幅;

4)涵洞跨中頂及過渡段(距終端邊墻0、5、10、20 m)軌枕豎向加速度;

5)涵洞蓋板底加速度;

6)涵洞邊墻縱向、豎向加速度;

7)列車速度和位置。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要選取31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁動(dòng)應(yīng)變和梁跨中橫、豎向振動(dòng);3 m蓋板涵動(dòng)撓度和涵頂、過渡段軌枕豎向加速度進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2.1 梁體跨中下翼緣混凝土動(dòng)應(yīng)變

31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁體跨中下翼緣應(yīng)變測試結(jié)果見表1，典型實(shí)測應(yīng)變波形見圖1。

表1 梁體跨中下翼緣應(yīng)變測試結(jié)果

圖1 實(shí)測一般列車、組合列車作用下梁跨中應(yīng)變時(shí)域波形

由表1可見，組合列車產(chǎn)生的梁體跨中下翼緣動(dòng)應(yīng)變與一般列車產(chǎn)生的梁體跨中下翼緣動(dòng)應(yīng)變接近，萬噸級(jí)長大組合列車對梁體強(qiáng)度影響不大。

2.2 梁體跨中橫、豎向振動(dòng)

實(shí)測31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁的橫向自振頻率為4.297 Hz，滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》橫向最低自振頻率通常值:預(yù)應(yīng)力混凝土梁f≥90/L=2.81 Hz(L=32 m)的要求。

梁的豎向自振頻率為3.81 Hz，滿足《新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》簡支梁(20 m

跨中橫、豎向最大振幅測試結(jié)果見表2，實(shí)測組合列車作用下梁體跨中橫、豎向振動(dòng)時(shí)域波形見圖2。

表2 梁體跨中振動(dòng)測試結(jié)果

圖2 實(shí)測組合列車作用下梁體跨中橫、豎向振動(dòng)時(shí)域波形

由表2可見，橫向振幅均小于《鐵路橋梁檢定規(guī)范》橋跨結(jié)構(gòu)橫向振幅通常值和安全限值1.31 mm和1.83 mm的要求。組合列車與一般貨車產(chǎn)生的梁體橫、豎向振動(dòng)等級(jí)屬同一數(shù)量級(jí)。

由測試結(jié)果表明，31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土梁的橫、豎向剛度滿足組合列車荷載動(dòng)力特性要求，橋梁整體穩(wěn)定性較好。

2.3 蓋板涵跨中動(dòng)撓度

單孔跨度3 m的分片式蓋板箱涵(填土厚度1.22 m和0.72 m)，跨中最大撓度測試結(jié)果見表3，典型波形圖見圖3。

表3 跨中最大撓度測試結(jié)果

圖3 實(shí)測一般貨車、組合列車作用下蓋板箱涵跨中撓度時(shí)域波形圖

由表3測試結(jié)果可見，填土厚度1.22 m蓋板涵跨中最大撓度:客車為0.47 mm;一般貨車為0.51 mm;組合列車為0.55 mm，換算到中—活載下?lián)峡绫确謩e為1/6 794、1/6 226、1/5 767，均滿足《鐵路橋梁檢定規(guī)范》規(guī)定的鋼筋混凝土梁撓跨比通常值1/4 000的要求，并且組合列車通過涵洞時(shí)與一般貨車及客車通過時(shí)的跨中撓度相當(dāng)，豎向剛度滿足組合列車運(yùn)營荷載需求。

填土厚度0.72 m蓋板箱涵跨中最大撓度:客車通過時(shí)為1.43 mm;一般貨車通過時(shí)為1.54 mm;組合列車通過時(shí)為1.56 mm。換算到中—活載下?lián)峡绫确謩e為1/1 678、1/1 563、1/1 537，均超過了《鐵路橋梁檢定規(guī)范》撓跨比通常值1/4 000的要求。其主要原因是未達(dá)到《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》中“涵洞頂至軌底的填土厚度不應(yīng)小于1.20 m”的要求，致使蓋板承受的沖擊力過大，同時(shí)造成多塊蓋板受力不均，撓曲變形不一(現(xiàn)場肉眼可觀察到蓋板之間上下錯(cuò)動(dòng))，導(dǎo)致了該涵的豎向剛度不足。

2.4 蓋板涵及過渡段軌枕豎向加速度

由涵洞及涵洞過渡段軌枕豎向加速度的測試，可得到動(dòng)荷載列車通過時(shí)涵洞與路基剛度轉(zhuǎn)換和軌道平順度變化情況，直接影響到行車安全和車輛舒適度指標(biāo)。測試結(jié)果未經(jīng)數(shù)字濾波(測試儀器抗混濾波頻率1 kHz)列于表4。

由表4可見，組合列車作用下和一般貨車作用下涵洞及涵洞過渡段軌枕處豎向加速度值在同一數(shù)量級(jí)，同時(shí)豎向加速度沒有突變，涵洞邊墻與路基轉(zhuǎn)角很小。線路整體穩(wěn)定、軌道平順度較高與近年來重載提速綜合試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

表4 涵洞及過渡段軌枕豎向加速度測試結(jié)果 m/s2

3 結(jié)論及建議

1)31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁強(qiáng)度、剛度和動(dòng)力性能均滿足現(xiàn)行活載的要求。在組合列車作用下，橋梁動(dòng)力性能與其它貨車基本一致，能滿足組合列車的安全運(yùn)行。

2)在組合列車活載作用下，單孔跨度3 m的分片式蓋板箱涵(填土厚度1.22 m)，豎向剛度和強(qiáng)度滿足現(xiàn)行活載要求，填土厚度1.22 m蓋板箱涵在組合列車作用下各動(dòng)力性能與其它貨車基本一致。

單孔跨度3 m的分片式蓋板箱涵(填土厚度0.72 m)，實(shí)測跨中撓度超限，主要是因?yàn)樘钔梁穸炔蛔阍斐傻摹?/p>

3)對撓度超限的蓋板箱涵，應(yīng)重視填土厚度的影響;如果建筑高度不允許，應(yīng)考慮改造。

[1] 胡東波.京九線橋梁橫向振幅超限的原因分析及加固措施［J］.鐵道建筑，2009(5):31-33.

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵運(yùn)函(2004)120號(hào) 鐵路橋梁檢定規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.