開行組合列車對既有線橋涵動力性能影響的試驗分析

李 杰

(沈陽鐵路局 吉林線橋檢測設計所，吉林省 吉林市 132001)

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

由于運行組合列車通道上的既有線修建年代不同，設計標準也不統一，且隨著23 t軸重 C70貨車的普遍運用，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，機車也增加到四臺。既有線橋涵設備是否具有足夠的強度以及橫、豎向剛度，是本次試驗要解決的主要問題，通過試驗了解橋涵設備在組合列車作用下的安全性和適用性，對不滿足安全運營的橋涵提出處理對策。

1 試驗概述

1.1 試驗橋涵的選型

試驗橋涵選取具有代表性的32 m(專橋9700)、31.7 m(大65-138)、20 m(叁標橋2024)預應力混凝土梁橋;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。基礎類型有擴大基礎、沉井基礎、樁基礎等。

1.2 試驗荷載

由于組合列車運行通道運輸繁忙，無法進行編組列車試驗，動載試驗荷載采用通過列車進行;梁及橋墩振動頻率采用環境微振動方法進行。

1.3 動載試驗內容

1.3.1 橋梁試驗內容

1)混凝土梁跨中下翼緣混凝土動應變;

2)梁體跨中動撓度;

3)梁體橫、豎向振動;

3)橋面橫向和豎向加速度;

5)墩頂橫向振動;

6)支座橫向和縱向動位移;

7)列車速度和位置。

1.3.2 蓋板涵試驗內容

1)涵洞蓋板跨中動撓度;

2)涵洞蓋板跨中混凝土動應變;

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 試驗結果分析

試驗數據主要選取31.7 m預應力混凝土梁動應變和梁跨中橫、豎向振動;3 m蓋板涵動撓度和涵頂、過渡段軌枕豎向加速度進行重點分析。

2.1 梁體跨中下翼緣混凝土動應變

31.7 m預應力混凝土梁體跨中下翼緣應變測試結果見表1，典型實測應變波形見圖1。

表1 梁體跨中下翼緣應變測試結果

圖1 實測一般列車、組合列車作用下梁跨中應變時域波形

由表1可見，組合列車產生的梁體跨中下翼緣動應變與一般列車產生的梁體跨中下翼緣動應變接近，萬噸級長大組合列車對梁體強度影響不大。

2.2 梁體跨中橫、豎向振動

實測31.7 m預應力混凝土梁的橫向自振頻率為4.297 Hz，滿足《鐵路橋梁檢定規范》橫向最低自振頻率通常值:預應力混凝土梁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《新建時速200公里客貨共線鐵路設計暫行規定》簡支梁(20 m

跨中橫、豎向最大振幅測試結果見表2，實測組合列車作用下梁體跨中橫、豎向振動時域波形見圖2。

表2 梁體跨中振動測試結果

圖2 實測組合列車作用下梁體跨中橫、豎向振動時域波形

由表2可見，橫向振幅均小于《鐵路橋梁檢定規范》橋跨結構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生的梁體橫、豎向振動等級屬同一數量級。

由測試結果表明，31.7 m預應力混凝土梁的橫、豎向剛度滿足組合列車荷載動力特性要求，橋梁整體穩定性較好。

2.3 蓋板涵跨中動撓度

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果見表3，典型波形圖見圖3。

表3 跨中最大撓度測試結果

圖3 實測一般貨車、組合列車作用下蓋板箱涵跨中撓度時域波形圖

由表3測試結果可見，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—活載下撓跨比分別為1/6 794、1/6 226、1/5 767，均滿足《鐵路橋梁檢定規范》規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與一般貨車及客車通過時的跨中撓度相當，豎向剛度滿足組合列車運營荷載需求。

填土厚度0.72 m蓋板箱涵跨中最大撓度:客車通過時為1.43 mm;一般貨車通過時為1.54 mm;組合列車通過時為1.56 mm。換算到中—活載下撓跨比分別為1/1 678、1/1 563、1/1 537，均超過了《鐵路橋梁檢定規范》撓跨比通常值1/4 000的要求。其主要原因是未達到《鐵路橋涵設計基本規范》中“涵洞頂至軌底的填土厚度不應小于1.20 m”的要求，致使蓋板承受的沖擊力過大，同時造成多塊蓋板受力不均，撓曲變形不一(現場肉眼可觀察到蓋板之間上下錯動)，導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，可得到動荷載列車通過時涵洞與路基剛度轉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。測試結果未經數字濾波(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量級，同時豎向加速度沒有突變，涵洞邊墻與路基轉角很小。線路整體穩定、軌道平順度較高與近年來重載提速綜合試驗結果相吻合。

表4 涵洞及過渡段軌枕豎向加速度測試結果 m/s2

3 結論及建議

1)31.7 m預應力混凝土T形梁強度、剛度和動力性能均滿足現行活載的要求。在組合列車作用下，橋梁動力性能與其它貨車基本一致，能滿足組合列車的安全運行。

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)，豎向剛度和強度滿足現行活載要求，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)，實測跨中撓度超限，主要是因為填土厚度不足造成的。

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

[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.鐵運函(2004)120號 鐵路橋梁檢定規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2004.