南昆線2×64 m上承式連續(xù)鋼桁梁裂紋病害整治

呂映星

（中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司工電檢測(cè)所，工程師，廣西 南寧530001）

南昆鐵路開通已愈20年，隨著運(yùn)行時(shí)速和貨運(yùn)量的逐步提升，加上山區(qū)鐵路地形條件、自然因素等影響，在長(zhǎng)久高負(fù)荷運(yùn)營(yíng)情況下，鋼梁橋性能出現(xiàn)不同程度受力疲勞問(wèn)題，直接或間接影響了鐵路運(yùn)營(yíng)安全和鐵路運(yùn)輸效率。

1 病害橋梁基本概況

1.1 橋梁概況南昆線八渡4號(hào)大橋位于百色至威舍區(qū)段，中心里程為K345+738，全長(zhǎng)355.3 m，孔跨布置：2×24 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁＋2×32 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁＋2×64 m栓焊上承式連續(xù)鋼桁梁＋3×32 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。橋上線路為直線，平坡，單線橋梁，P60無(wú)縫鋼軌，引橋?yàn)橛许?，主橋?yàn)槊鳂蛎妗?/p>

1.2 上承式鋼桁梁概況主橋2×64 m栓焊上承式連續(xù)鋼桁梁，鋼桁梁采用有豎桿平行弦三角形桁式，兩片主桁，桁間距4 m，桁高8 m，節(jié)間長(zhǎng)度8 m，采用拼裝式節(jié)點(diǎn)，高強(qiáng)螺栓連接。鋼桁梁采用16Mnq（Q345q）鋼，高強(qiáng)螺栓材質(zhì)為40B或20MnTib。

主桁桿件截面形式采用H形及箱形，弦桿和斜桿高度和寬度均為460mm，豎桿寬度460 mm，高度為460 mm和440 mm兩種，主桁板厚最大36 mm。

主橫梁為H形，高度1 290 mm，翼緣尺寸240×12 mm，腹板尺寸1 266×10 mm，橫梁腹板上設(shè)2道加勁肋，尺寸110×12×1210 mm。

鋼梁設(shè)置上、下平聯(lián)及橫聯(lián)，均采用T形截面，上、下平聯(lián)采用帶橫撐的交叉形體系，橫聯(lián)采用交叉形體系。在每跨上平聯(lián)中部設(shè)置制動(dòng)連接系，全橋共2處，在支座處設(shè)置下頂梁，全橋共3道。上平聯(lián)與主桁連接采T形節(jié)點(diǎn)板，豎向板、水平板尺寸分別為780×12×260 mm、780×10×303 mm。橫聯(lián)與主桁連接也采用T形節(jié)點(diǎn)板，豎向板與水平板的尺寸分別為320×10×260 mm和435×10×345 mm。

2 鋼桁梁裂紋病害基本情況

2.1 鋼桁梁裂紋病害統(tǒng)計(jì)及圖示設(shè)備管理單位按照相關(guān)規(guī)定對(duì)鋼梁橋進(jìn)行檢查和日常保養(yǎng)維修作業(yè)發(fā)現(xiàn)，南昆線八渡4號(hào)大橋上承式連續(xù)鋼桁梁橫梁端部上翼緣螺栓孔裂紋4處、上平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板裂紋2處、橫聯(lián)節(jié)點(diǎn)板裂紋2處，共計(jì)8處，裂紋長(zhǎng)度為65～320 mm、寬度0.1～0.2 mm。典型裂紋病害如圖1所示。

圖1 節(jié)點(diǎn)板裂紋圖

2.2 鋼桁梁裂紋病害具體情況8處裂紋發(fā)生在3根橫梁上，其中在橫梁端部上翼緣螺栓孔4處，有2處在同一截面已貫通，且有發(fā)展，病害較為嚴(yán)重，對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響較大；上平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板裂紋2處；橫聯(lián)節(jié)點(diǎn)板裂紋2處。病害具體情況見表1。

表1 八渡4號(hào)大橋等鋼桁梁裂紋病害匯總表

3 鋼桁梁裂紋病害原因分析

3.1 鋼桁梁裂紋形成的受力機(jī)理

3.1.1 橫梁端上翼緣螺栓孔處裂紋第1跨8號(hào)橫梁左側(cè)南寧端（3#）和昆明端（4#）最為典型和嚴(yán)重。該裂紋典型特征為橫穿上翼緣第一排螺栓孔，且垂直橫梁方向?qū)ΨQ分布在腹板兩側(cè)。這與橫梁上翼緣板在此處應(yīng)力最大是吻合的，主要由橫梁端部彎矩產(chǎn)生。

3.1.2 平聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板裂紋第1跨2號(hào)橫梁左側(cè)南寧端（1#）和昆明端（2#）。該裂紋典型特征為裂紋在焊縫附近，且平行于焊縫軸向。由于裂紋不是起于該處凈截面最弱處，如螺栓孔處，而是焊縫附近，因此可能是因?yàn)楹缚p內(nèi)存在的某種缺陷在后期的外力作用下其內(nèi)部裂隙向板件擴(kuò)展延伸而形成的疲勞裂紋。

3.1.3 橫聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板裂紋第2跨6號(hào)橫梁左側(cè)南寧端（6#）和昆明端（8#）橫聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板裂紋。表一中6#裂紋典型特征為裂紋在焊縫附近，且平行于焊縫軸向，表一中8#裂紋典型特征為裂紋起于節(jié)點(diǎn)板腹板的焊縫息弧處。與平聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板裂紋類似，由于裂紋不是起于該處凈截面最弱處，如螺栓孔處，而是焊縫附近，因此可能同樣是因?yàn)楹缚p內(nèi)存在的某種缺陷在后期的外力作用下其內(nèi)部裂隙向板件擴(kuò)展延伸而形成的疲勞裂紋。

3.2 鋼桁梁產(chǎn)生裂紋成因

3.2.1 運(yùn)量和運(yùn)速提升的影響自1997年12月開通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，南昆鐵路旅客數(shù)及貨物發(fā)送量年年攀升，2005年全線旅客列車提速至100 km/h。2005年列車牽引能力由2 050噸提升至5 000噸，并于2011年開通了6 000噸重載列車；2002年全線能力由16對(duì)提高至43.5對(duì)，2012年客車8對(duì)、貨車33對(duì)；2013年全線年輸送能力由設(shè)計(jì)能力1 000噸提高到2 730噸，截至2017年5月，南昆鐵路每年最大輸送能力（單向）3 500萬(wàn)噸。運(yùn)輸通過(guò)能力接近設(shè)計(jì)限值，年輸送能力超過(guò)設(shè)計(jì)限值，加上列車運(yùn)行提速及列車牽引能力提升，鋼梁負(fù)荷加大并在循環(huán)應(yīng)力作用下可能產(chǎn)生疲勞裂紋。

3.2.2 通車年限長(zhǎng)及橋梁不均勻沉降因素影響橋梁已通車24年，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中橋墩的橫向偏差，不均勻沉降及地震等均有可能增大鋼梁扭矩，對(duì)橫梁端部造成不利影響，使得橫梁端部產(chǎn)生裂紋。

4 鋼桁梁裂紋病害整治方案

4.1 加固部位與方法共涉4處裂紋病害，對(duì)橫梁上翼緣和腹板上方采用增設(shè)鋼板進(jìn)行加固。橫梁上翼緣板底兩側(cè)增設(shè)鋼板，鋼板尺寸110×16×640 mm，與上翼緣采用M22高強(qiáng)度螺栓連接，上翼緣需新增Φ 23鉆孔。橫梁腹板上方大小里程兩側(cè)增設(shè)鋼板，鋼板為160×12×480 mm，與腹板采用M22高強(qiáng)度螺栓連接，腹板需新增Φ 23鉆孔。典型整治方案圖見圖2。

圖2 橫梁端部上翼緣螺栓孔處裂紋整治圖（3#、4#）

八渡4號(hào)橋第一跨8號(hào)橫梁（3#、4#）左側(cè)裂紋已延伸到腹板上，這兩處在裂紋尖端進(jìn)行鉆孔，防止裂紋進(jìn)一步發(fā)展，要求止裂孔徑Φ 10mm，距離裂紋尖端10 mm。

4.2 平聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板該類型第1跨2號(hào)橫梁左側(cè)南寧端（1#）和昆明端（2#）節(jié)點(diǎn)板2處裂紋病害，采用更換整個(gè)平聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板的方法進(jìn)行整治，更換的平聯(lián)節(jié)點(diǎn)板豎向板尺寸780×16×260 mm，水平板尺寸780×16×340 mm。典型整治方案圖見圖3。

圖3 平聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板裂紋整治圖（1#、2#）

4.3 橫聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板該類型共涉及1個(gè)節(jié)點(diǎn)板2處裂紋病害（6#、8#），采用更換整個(gè)橫聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板的方法進(jìn)行整治。更換后的橫聯(lián)節(jié)點(diǎn)板豎向板尺寸為320×16×260 mm，水平板尺寸為240×16×240 mm，橫向板尺寸435×16×345 mm。典型整治方案圖見圖4。

圖4 橫聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板裂紋整治圖（6#、8#）

4.4 鋼桁梁裂紋整治情況根據(jù)設(shè)計(jì)方案，目前已完成對(duì)南昆線八渡4號(hào)大橋中2×64 m栓焊上承式連續(xù)鋼桁梁裂紋病害整治，保證了橋梁安全和性能穩(wěn)定。病害整治后鋼桁梁現(xiàn)狀見圖5、圖6。

圖5 橫梁端上翼緣螺栓孔處裂紋加固圖

圖6 更換橫聯(lián)T形節(jié)點(diǎn)板圖

5 結(jié)束語(yǔ)

采用2×64 m上承式連續(xù)鋼桁梁裂紋方案分別對(duì)南昆線K342+074橫口3號(hào)大橋、K487+431木浪河大橋鋼桁梁類似病害進(jìn)行整治，同樣取得較好效果。該方案具有較廣泛的推廣價(jià)值，為鐵路同類維修單位有效進(jìn)行鋼桁梁裂紋病害整治，提供了啟示和借鑒。