铁路预应力连续梁桥病害整治及荷载试验分析

来源:用户上传      作者:赵江林

　　摘要：随着铁路建设的发展规划的需要，为避免后期修建铁路时投入较大成本，往往为后期规划铁路预留桥梁。随着铁路建设发展，前期预留铁铁路梁桥得到重新使用，由于预留桥梁修建时间较早，施工技术不规范，支座部位混凝土振捣不密实、支座安装不当或预留时间较长产生收缩徐变，在二期恒载及活载作用下，桥梁发生易产生病害。针对成都枢纽成都西环线增建二线上跨IT大道连续梁的桥病害整治及荷载试验，对预留连续梁桥的病害进行了分析和探讨，通过荷载试验对整治效果进行了验证，供同类预留桥梁支座产生病害处理参考。
　　关键词：连续梁桥，支座，病害整治，荷载试验
　　中图分类号：U24 文献标志码：A
　　文章编号：2095-5383（2020）01-0040-05
　　Abstract：With the development of the railway construction and the need for planning，it is often necessary to reserve the bridge for the later-planned railway in order to avoid the large investment in the later construction of the railway. With the development of the railway construction，the pre-reserved iron-railway girder bridge has been re-used. Due to the construction time of the reserved bridge is relatively early，the construction technology is not standardized，the concrete at the support is not compacted，the mounting of the support is not properly，or the loner reserved time produces shrinkage and creep. Under the effect of the second-stage dead load and the live load，the bridge generation is easy to produce the damage. In view of the bridge damage treatment and load test of the continuous beam on the second line at the second line of the Chengdu West Ring Road，the damage of the reserved continuous girder bridge was carried out. Through the analysis and discussion，the control effect is verified by the load test，so as to provide the reference for the damage treatment of the similar type of reserved bridge support.
　　Keywords：continuous girder bridge，support，damage treatment，load test
　　1 橋梁概况
　　预留铁路西环二线IT大道桥位于运营西环线IT大道桥（K14+064）左侧，桥梁全长150.1 m，为直线桥，设计速度120 km/h，设计为4孔后张法预应力C50混凝土连续箱型二次抛物线曲面梁，4跨度（梁全长）尺寸：25.5+44+44+25.5=139 m，混凝土连续梁一次性施工完成，混凝土设计每座桥705 m3，见图1、图2。
　　全桥设3墩2台，墩基为Φ3.5 m独桩基础，墩身直径为Φ2.5 m，桩柱长19 m 2根、21 m 1根。桥台为T型桥台，群桩4根Φ1.25 m，长度10 m。该桥所在区域地震动峰加速度为0.15 g，最大冻结深度为0.7 m。
　　上跨 IT大道的西环增建二线预留连续梁桥与已运营的西环线连续梁桥于2008年同步竣工完成，西环线上跨IT大道铁路桥梁主体施工完成后，立即完成了二期恒载的施工并投入使用，现已正常使用9年，预留西环增建二线暂未开通使用，增建二线的桥面道床及轨道均已正位铺设完毕，大机捣固过程中发现预留西环二线的桥梁梁体倾斜。
　　2 桥梁病害描述
　　上跨 IT大道的西环增建二线预留连续梁桥与已运营的西环线连续梁桥于2008年同步竣工完成。西环线上跨IT大道铁路桥梁主体施工完成后，立即完成了二期恒载的施工并投入使用，现已正常使用9年，预留西环增建二线暂未开通使用。增建二线的桥面道床及轨道铺设完毕并正位后，在大机捣固过程中发现预留西环二线的桥梁梁体倾斜。倾斜状况为：
　　1）桥台盆式支座远离栏杆侧落空（上翘）4～4.5 cm，靠近栏杆侧支座有压缩痕迹，支座变形1～2 cm;
　　2）桥墩盆式支座Φ800均有倾斜压缩痕迹且不平行，靠栏杆侧倾斜，偏差约2 cm。
　　2.1 桥梁支座倾斜
　　因梁体出现倾斜，导致该桥支座出现不同程度的病害。主要为支座脱空、倾斜，两桥台处均存在单点支撑的现象。两桥台处均有1个支座脱空，4个支座存在向线路左侧倾斜的现象，倾斜角度约为1° 。
　　2.2 限位工字钢 　　因梁体倾斜，导致1处限位工字钢与支座垫石抵死，目前尚未发现限位工字钢有构件断裂、固定螺栓被拔出现象。
　　2.3 桥台抗震挡块开裂
　　因主梁倾斜，主梁与4#桥台左侧抗震挡块抵死，导致该处抗震挡块底部开裂，裂缝总长度约1.2 m。
　　2.4 梁体偏移
　　轨道中心与桥梁中心偏位检测成果表详见表1，“+”表示轨道偏右侧方向，“-”表示轨道偏左侧方向。轨道中心与桥梁中心偏如图3所示。
　　3 原因分析
　　3.1 施工阶段原因
　　施工期间，由于工期等因素影响，连续梁梁底支座部位混凝土浇筑不密实[1] 。
　　3.2 日常养护问题
　　由于该桥是预留桥梁，不承担列车通行任务，站段未进行有效养护，设备也仅进行外观检查，未对支座等重点部位进行检查。
　　3.3 收缩徐变影响
　　桥梁和运营桥梁修建完成后，未进行二期恒载的加载，且没有移动荷载，期间由于混凝土收缩徐变影响，造成桥梁预应力部分损失，引起梁体的挠度增大，在二期恒载后，大机进行捣固时，梁体发生偏转倾斜。
　　4 整治措施
　　为有效控制梁体变形，增强预留连续梁桥的横向稳定性，最大可能满足设计要求，采取如下措施。
　　4.1 增加隔梁及横向联系
　　针对西环二线桥梁病害情况，在西环线及西环二线之间增加8道钢结构横隔梁，在西环线与西环二线桥面挡碴墙处，每隔2 m增设2根间距为20 cm、直径28 mm的横向钢筋将两桥连接起來，两桥挡碴墙之间的10 cm沉降缝，增设12 mm厚钢板并满塞橡胶垫，将既有西环线桥梁与西环二线桥梁连接起来，以增加其横向抗倾覆能力[2]。
　　4.2 加强横向限位措施
　　原桥架1#～3#处，设有型钢横向限位措施，为防止桥梁倾斜，在横向型钢限位设施与支承垫石之间塞橡胶支座。在型钢限位设施下方设置钢垫板，钢垫板上铺设橡胶垫与型钢限位设施下部密贴，桥台处在挡块与体之间满塞橡胶支座。
　　5 荷载试验
　　根据连续梁桥的力学特点及梁体倾斜纠偏后的实际情况，为检验纠偏后桥梁的受力状态及工作性能，验证抵抗扭转倾覆的加固措施，对桥梁进行静动荷载试验。为了满足纠偏后桥梁达到设计的承载力，根据桥梁结构的内力包络图，并考虑应力分布，按最不利受力原则选定截面，拟定相应的试验工况[3]。
　　5.1 静载试验
　　根据本桥梁的特点，5个墩台的支座未更换，且桥梁曾产生扭转倾覆现象。除对主梁本身进行试验外，还应对桥梁支座进行加载试验。本次共进行9个工况的加载试验，具体见表2。试验静载加载采用2台东风4机车，单台机车质量138 t，两台总质量276 t，轴质量23 t。
　　铁路桥梁静载试验[4]采用2台东风4机车进行加载，铁路机车加载车示意图如图4所示。参照DF4型机车列出加载机车的相关参数见表3。
　　试验荷载拟采用的试验车辆在轮距、轴质量方面模拟设计标准荷载，并不存在对桥梁结构产生超出设计范围的局部荷载。试验前对每辆加载车辆进行配重，并对每辆车称重编号。具体各工况加载数量及各车轮位布置根据各截面在最不利荷载作用下的有限元静力分析结果确定。
　　在工况1～工况5的列车荷载作用下，支座的支反力分析结果见表4，与设计支反力相比，得出加载效率。
　　在工况6～工况9列车荷载作用下，主梁的弯矩图如图5、图6所示。提取控制断面的弯矩值，并于设计弯矩值相比，得到加载效率，见表5。
　　5.2 静载试验结果及分析
　　支座试验结果如表6所示，各支座沉
　　降量相对较小，左右偏差0.01～0.19 mm之间，支座沉降数据正常，支座与主梁密贴良好。
　　挠度测试结果如表7所示，表中挠度均向下，从表中数据可看，校验系数均在0.56～0.71之间，各工况卸载回零情况良好，表明在试验荷载情况下结构处于弹性工作状态。结构刚度满足规范要求。
　　各工况下，主梁各控制截面的应力实测值和计算值比较、分析见表8。从表8可见，应力实测值和理论值基本一致，各截面应力校验系数在0.31～0.82之间，表明各测试截面具有足够的强度储备。各工况下卸载回零状况良好，说明结构在荷载作用下处于弹性工作状态。
　　6 结论
　　针对该预留桥的特点，详细介绍了病害产生的原因并进行了加固处理，采用荷载试验进行加固后分析，得出以下结论：
　　1）预留桥梁纠偏后各支座沉降正常，支卸载后支座残余量较小，支座与主梁密贴良好。
　　2）试验过程中无异常情况出现，梁体未出现裂纹及再次倾斜偏转，在荷载的重复作用下，桥梁具有较好的几何变形，且卸载后残余值较小，表明结构处于弹性工作状态。
　　3）采用钢结构横隔板，将预留桥梁和既有桥梁横向连接起来，有效地提高桥梁整体刚度，增强了结构的抗倾覆性能。
　　4）各工况作用下，控制截面实测应力值小于理论计算值，纠偏后的整体结构强度满足设计要求。
　　参考文献：
　　[1]陈泽，周科文，廖勇刚.大跨径连续梁桥病害成因分析及加固设计[J].公路，2013（1）：50-54.
　　[2]杨粤黔.预应力连续梁桥加固处理及静载试验分析[J].建筑监督检测与造价，2014，7（1）：12-15，30.
　　[3]李艳龙.双线铁路连续箱梁桥病害分析及荷载试验研究[J].城市建设理论研究：电子版，2015，5（27）.
　　[4]中华人民共和国铁道部.铁路桥梁检定规范[S].铁运函[2004]120，2004.
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