鐵路橋梁活動搖軸支座病害整治設計

劉東亮 張勇

1.中鐵西安勘察設計研究院有限責任公司，西安710054；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京100081

支座作為連接橋梁上部結構與下部結構的重要部件，將橋梁上部結構的荷載和變形傳遞給橋梁下部結構墩臺及基礎，同時承受橋跨結構在荷載、溫度變化、混凝土收縮等因素作用下的自由變形，確保梁體和墩臺結構不受損害。支座的剛度、強度和耐久性對鐵路的正常運營至關重要。更換治理鐵路橋梁搖軸支座病害方法有很多，目前常用搖軸支座、鉸軸支座來更換病害搖軸支座。為減少更換支座的時間，增加支座更換過程中的穩(wěn)定性，降低施工安全風險，本文采用一種結構改進的新型活動搖軸支座更換病害搖軸支座。

1 病害產生的原因分析

大秦、朔黃、候西、甘鐘等鐵路長時間運營過程中，橋梁部分活動搖軸支座出現(xiàn)部件受損、銷釘變形剪斷、下擺圓曲面變形、下擺底面與下座板錯牙［1］等病害，導致支座轉角和縱向位移超限、活動支座不能活動［2］，失去約束梁體的作用。支座傾斜、梁體縱橫向滑移、相鄰梁體縱向頂死現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重危及鐵路行車安全。

鐵路橋梁活動搖軸支座主要部件由上擺、下擺（搖軸）、底板和腳鉸軸組成［3］，下擺類似于凸輪結構，頂底兩端均為圓曲面形式（圖1）。頂端曲面小、底端曲面大，下擺轉動后，通過頂底面的位移差來滿足梁體的位移需要［4］。

圖1 原始搖軸支座構造

鐵路橋梁活動搖軸支座病害產生的外界原因主要有：①安裝技術不到位；環(huán)境作用引起的材料銹蝕、阻滯，導致材料強度性能和轉動功能弱化［5］；②橋上線路養(yǎng)護平順性不到位、支座養(yǎng)護封閉、清理不到位、螺栓松動；③線路運營行車密度增大，列車軸重和牽引質量增加，反復疲勞作用，支座螺栓所受剪力超過設計水平，螺栓被剪斷、搖軸圓曲面變形錯位，支座無法復位。第③項原因是造成搖軸支座產生病害、甚至嚴重破壞的根本原因。

2 橋梁支座病害整治常用方法

結合病害產生的原因和支座結構完好性將搖軸支座病害分為可修復的輕微病害和支座結構受損不能使用的嚴重病害。

對于產生輕微病害的支座可采取修復措施來整治：支座安裝位置、水平等不到位，可以采用糾偏、重新安裝的方法；因支座螺栓松動導致梁體發(fā)生水平位移的病害，可以采用移梁、支座復位，重新錨固螺栓的方法；螺栓強度減弱、搖軸轉動削弱等病害，可以采用更換螺栓、清理灰塵、加強封閉等方法。

對于支座結構部件受損嚴重無法修復的嚴重病害，應更換支座。目前常采用搖軸支座和鉸軸支座更換已產生病害的搖軸支座，但存在以下缺點：①支座結構復雜、整體高度大（約50 cm）、用鋼量大、重量大，搬運困難。②更換支座須先拆卸既有支座，然后安裝上擺、底板，再對位搖軸支座下擺，最后錨固螺栓。其工序繁多、復雜，安裝用時長，頂梁更換支座過程中穩(wěn)定性較差，增加了施工安全風險。③下擺與底板的弧面接觸面較小，應力大，弧面易被壓平，若下擺與底板連接的銷鍵剪斷、上擺與搖軸之間的擺卡剪斷，會使支座失去活動性能，無法復位。

3 新型活動搖軸支座設計

為滿足在列車運行間隙或天窗點內完成支座原位置更換的基本要求，保證錨固螺栓直徑、螺栓孔位、支座高度、上下板與原支座相應尺寸、形位準確對應，從改善支座使用性能、方便施工、縮短安裝時間、增強穩(wěn)定性等方面考慮，設計性能良好、結構合理、安裝簡便的支座更換病害搖軸支座，是該新型活動搖軸支座的最大優(yōu)勢。

3.1 新型活動搖軸支座結構及構成

新型活動搖軸支座（圖2）主要由預埋組件、下座板、中座板、鋼襯板、上座板和滑動層構成，還包括端蓋、銷鍵等附件。其中預埋組件上固定有上墊板和下墊板，用于提供支座安裝平臺。

圖2 支座構造

下墊板上設置有定位銷。下座板兩側有倒L形固定結構，頂面和倒L形側面設有不銹鋼板，底部設置有定位槽，固定于下墊板上。中座板上端設置圓弧形轉動面（柱面滑板），下端帶有滑動層，端部橫橋向有弧形凹槽，中座板安裝于下座板上。設有滑動層的柱面鋼襯板頂部與上座板卡接，下部置于中座板的轉動面上。上座板兩側向下延伸部上有弧形通孔，上座板固定連接于上墊板上。中座板與鋼襯板之間設有不銹鋼板或能夠實現(xiàn)相對滑動的光面板滑動層。

中座板端部弧形凹槽與上座板的弧形通孔通過銷鍵連接在一起。柱面鋼襯板圓弧、中座板的弧形凹槽、上座板的弧形通孔和銷鍵圓弧為同心圓。原有梁底和墩臺頂預埋鋼板組件通過螺栓分別與支座的上座板及下座板連接在一起。

3.2 新型活動搖軸支座設計原理

上下座板通過螺栓與上下墊板連接形成安裝平臺，下座板固定于下墊板上，上座板固定于上墊板上，中座板安裝于下座板上，用于傳遞支座載荷。

支座設置的鋼襯板、中板，將支座的轉角與位移分開實現(xiàn)。柱面結構的鋼襯板通過滑動層設置于中座板的轉動面上，與中座板滑動面配合，形成摩擦面實現(xiàn)轉角。下座板倒L形固定結構側面及頂面與中座板配合形成平面摩擦實現(xiàn)支座的位移［2］。新型活動搖軸支座改變了原支座由下擺搖軸來實現(xiàn)梁體轉角和位移的方式。

下座板上倒L形結構與中座板配合，既滿足代替搖軸支座支撐橋梁的功能需求，又增加了抗傾覆功能。

銷鍵通過插入上座板弧形通孔與中座板上的弧形凹槽連接形成抗拉結構，既限定了上座板的轉角范圍，又限定了鋼襯板的轉角范圍。

在支座預埋板上設置定位銷，便于支座在更換安裝時快速定位。

3.3 新型活動搖軸支座的優(yōu)點

新型活動搖軸支座結構簡單、合理，設計原理發(fā)生了根本改變，轉動和水平位移的接觸面與原支座相比大幅增加，轉動、滑動更加靈活，產生位移后復位及時，大大改善了支承、抗傾覆等力學性能。該支座與原支座在上下板尺寸、支座高度、螺栓尺寸和螺栓孔位方面完全相同并對應，只需將支座整體平移、推進、安放，可在1 h內完成支座更換。

如果采用其他支座更換，支座高度、螺栓直徑、孔位等與原支座均存在差異，需要重新打鉆支座螺栓孔，鑿除或加高既有墩臺頂帽支撐墊石，涉及混凝土施工，大大延長了更換支座的時間，對鐵路運營干擾加大，增加了施工風險。

4 活動搖軸支座更換

既有橋梁病害活動搖軸支座的更換須在列車運行間隙組織實施，最好在天窗點內，若沒有天窗點則應封閉線路。更換一個支座最少需要天窗點或封閉線路1.5 h。更換支座步驟如下：

1）拆除既有橋梁活動搖軸支座上下板連接螺母，用千斤頂頂升梁體，拆除病害支座，并原位移出支座，留出施工空間。

2）將設置有螺栓孔的上下鋼墊板分別與橋梁底、墩臺頂支撐墊石上原有預埋組件用螺栓連接，螺栓穿過上下鋼墊板，做好與支座上下座板連接在一起的準備。

3）對準下座板上設置的定位槽，通過定位銷與定位槽配合實現(xiàn)支座上下座板在梁底和支撐墊石上的快速定位，將新型活動搖軸支座整體推入上下墊板之間，擰緊螺栓，使之與上下墊板連接牢固。

4）再次啟動千斤頂，落梁，將上下鋼墊板的螺栓與新型搖軸支座上下座板螺栓對孔，擰緊螺母。

5）撤除所有機具，恢復線路正常運營。

5 結語

新型活動搖軸支座為整體結構，構造新穎、作用原理明晰，其柱面鋼襯板結構使轉動與滑動的接觸面更大，且將轉角功能與位移功能分開設置，比原始搖軸支座由圓弧面支撐實現(xiàn)位移和轉動更合理，使用效果好。新型搖軸支座更換病害搖軸支座時對鐵路運營干擾時間短，影響小，且方便快捷，值得推廣應用。