高架橋30m簡支混凝土箱梁上晃車原因分析

黃 銘 中國鐵路上海局集團有限公司工務部

1 橋梁概況

該處均為高架橋區段，高架橋累計長度16.76 km，采用混凝土連續梁或簡支梁結構，連續梁采用盆式橡膠支座，簡支梁采用板式橡膠支座。

本次選擇橋梁結構型式基本相同的兩個區段進行對比測試，均為直線地段，區段一為晃車最嚴重區段（247#墩～249#墩區段），區段二為行車正常區段（139#墩～141#墩區段），兩區段上部結構均為2孔30 m簡支混凝土箱梁，橋墩技術資料見表1。對該兩個區段橋梁結構進行了動態測試。

表1 橋墩技術資料

2 測試原因及目的

據設備管理單位反映，高架橋區段車輛行駛過程中多處晃車，旅客反映晃車劇烈。設備管理部門利用添乘儀對車輛晃動情況進行測試，證實全線多處存在橫向加速度嚴重超限的情況。為消除線路晃車病害，設備管理部門加強線路的養護力度，但晃車現象依舊未能改觀。為此，設備管理部門開始從橋梁結構方面探尋可能存在的原因。

為從橋梁結構方面探尋可能引起晃車的原因，提出對晃車最嚴重區段及行車正常區段的橋梁結構進行對比測試，對列車通過時可能引起晃車的橋梁結構各部位進行動態檢測，評判橋梁結構狀況是否符合相關規范的要求，并通過對比兩區段的測試結果探尋可能引起晃車的原因。

3 檢定依據

（1）鐵道部《鐵路技術管理規程》。

（2）鐵道部《鐵路橋涵設計基本規范》TB10002.1－2005。

（3）鐵道部《鐵路橋梁檢定規范》鐵運函〔2004〕120號。

（4）鐵道部《鐵路橋隧建筑物大修維修規則》鐵運〔2006〕82號。

4 測試內容及測點布設

測試內容包括狀態檢查和動載試驗。

4.1 狀態檢查

橋梁狀態檢查主要對簡支箱梁的外觀、支座狀態、梁端橫向抗震限位裝置等項目進行檢查。

（1）梁體外觀檢查；

（2）板式橡膠支座狀態；

（3）橫向限位裝置狀態；

（4）橋墩狀態檢查；

（5）其他附屬設施狀態檢查。

4.2 動載試驗

本次動載試驗利用正常運行列車作為動載試驗荷載，對梁體、橋墩的橫、豎向振動和板式橡膠支座的橫向動位移及豎向壓縮量進行測試，據以判斷橋梁結構在動載作用下的工作狀態。

4.2.1 測試內容

（1）對30 m預應力箱梁的橫向振動進行測試；

（2）對30 m預應力箱梁的豎向振動進行測試；

（3）對30 m預應力箱梁的豎、橫向自振特性進行測試；

（4）對30 m預應力箱梁支座位置梁、墩的橫向相對動位移進行測試；

（5）對板式橡膠支座豎向壓縮量進行測試；

（6）對墩頂橫向振幅進行測試。

4.2.2 測點布設

測點布設如圖1所示。

圖1 測點布設圖

5 狀態檢查結果

經檢查：

（1）兩區段梁體結構完好，梁體未見明顯裂縫；

（2）晃車嚴重區段（247#墩～249#墩）板式橡膠支座及抗震限位裝置鋼板銹蝕嚴重，行車正常區段（139#墩～141#墩）支座及抗震限位裝置未見明顯異常；

（3）兩區段橋墩結構完好，未見明顯結構病害。

圖2 行車正常區段（139#墩～141#墩）橡膠支座及抗震限位裝置

6 動載試驗結果分析

動載試驗利用正常運行列車進行，晃車嚴重區段（247#墩～249#墩）共測得運行列車102趟，行車正常區段（139#墩～141#墩）共測得運行列車109趟，通過對所有測次測試結果進行數理統計分析而得到動載試驗分析結果。

6.1 兩區段橫向振動測試結果對比分析

在正常運行列車作用下，對兩個區段梁體和橋墩的橫向振動進行了測試，由實測結果分析可得：

（1）實測兩個區段梁體跨中最大橫向振幅分別為0.683 mm（行車正常區段）、0.870 mm（晃車嚴重區段），均滿足《橋檢規》行車安全限值3.333 mm的要求，實測兩個區段橋墩墩頂最大橫向振幅分別為0.220 mm（行車正常區段）、0.298 mm（晃車嚴重區段），均滿足《橋檢規》墩頂橫向振幅通常值的要求，表明該處30 m混凝土箱梁及橋墩的橫向剛度良好，滿足《橋檢規》要求，能夠保證過路列車的安全運行。

（2）實測晃車嚴重區段梁體、橋墩的橫向振幅及梁體跨中橫向加速度均普遍大于正常行車區段，這與設備管理單位反映的晃車現象相一致。

（3）實測兩區段梁體橫向自振頻率均小于《橋檢規》橫向最低自振頻率3.0 Hz的要求，這是因為該處橋梁采用板式橡膠支座，梁端橫向約束較弱所致。

6.2 兩區段豎向振動測試結果分析

在正常運行列車作用下，對兩個區段梁體跨中豎向振動進行了測試，實測行車正常區段第140、141孔梁梁跨中豎向振幅最大值分別為0.076 mm、0.078 mm，晃車嚴重區段第248、249孔梁梁跨中豎向振幅最大值分別為0.079 mm、0.084 mm，兩區段梁體跨中豎向加速度均為0.092 m/s2。

由實測結果分析可知：

實測兩區段梁體跨中豎向振幅、加速度統計平均值無明顯差異，表明兩區段梁體的豎向剛度基本一致，梁體的豎向振動不會引起晃車。

6.3 兩區段梁端相對橋墩橫向位移測試結果對比分析

在正常運行列車作用下，對第140、248孔梁梁端相對橋墩的橫向位移進行了測試，實測梁端橫向相對位移對比見表2。

表2 實測梁端橫向相對位移匯總表

由實測結果分析可得：

（1）實測晃車嚴重區段第248孔梁梁端橫向相對位移均明顯大于行車正常區段第140孔梁梁端橫向相對位移，這與梁端橫向振幅測試結果相一致；

（2）晃車嚴重區段第248孔梁梁端橫向相對位移呈現上行列車大于下行列車、閔行端大于莘莊端的現象。實測上行列車通過時第248孔梁閔行端橫向相對位移統計平均值為0.31 mm，上下行交會通過時實測最大值為0.47 mm，表明該支座的橫向限位較第140孔效果明顯偏弱。

6.4 兩區段橡膠支座豎向壓縮量測試結果對比分析

在正常運行列車作用下，對第140、248孔梁板式橡膠支座豎向壓縮量進行了測試，實測橡膠支座豎向平均壓縮量對比見表3。

觀察表3實測橡膠支座豎向平均壓縮量可知：

行車正常區段第140孔梁各橡膠支座實測豎向平均壓縮量較為均衡，上下行列車通過時左右側平均壓縮量和梁端橫向扭轉引起的豎向位移基本一致。正常情況下，列車通過時，由于左右側偏載的緣故，左右側橡膠支座承受的壓力并不相同，導致兩側支座產生不同的豎向位移量，梁體端部會產生扭轉。而由于橋上線路的線間距為3.30 m，大于左右側支座中心距2.4 m，致使列車通過時左右側嚴重偏心，與恒載作用下相比，列車通過側支座中心處梁體下降，而另一側（左或右）支座中心處梁體上升，呈現“反翹”現象。

晃車嚴重區段第248孔梁各橡膠支座實測豎向平均壓縮量則存在明顯差異，上下行列車通過時左右側平均壓縮量基本一致，而梁端橫向扭轉引起的豎向位移偏差較大。上行列車通過時莘莊端下行側支座、下行列車通過時閔行端上行側支座實測平均壓縮量均基本為零，與恒載作用下相比，未加載側支座未出現“反翹”現象，梁端橫向扭轉引起的豎向位移明顯偏小，這是由于該兩處支座位置較低所致（圖3）。這也與梁端橫向相對位移實測結果分布規律相一致。

表3 實測橡膠支座豎向平均壓縮量匯總表

圖3 第248孔梁支座高低位置示意圖

7 結論

（1）測試區段橋梁結構除晃車嚴重區段支座鋼板嚴重銹蝕外未見明顯結構病害。

（2）實測兩個區段梁體跨中最大橫向振幅均滿足《橋檢規》行車安全限值要求，實測兩個區段橋墩墩頂橫向最大振幅均滿足《橋檢規》墩頂橫向振幅通常值的要求，表明該處30m預應力混凝土箱梁及橋墩的橫向剛度良好，滿足《橋檢規》要求，能夠保證過路列車的安全運行。

（3）實測兩區段梁體跨中豎向振幅、加速度統計平均值無明顯差異，表明兩區段梁體的豎向剛度基本一致。

（4）實測晃車嚴重區段梁體、橋墩的橫向振幅及梁體跨中橫向加速度均普遍大于正常行車區段，這與設備管理單位反映的晃車現象相一致。

（5）實測晃車嚴重區段第248孔梁梁端橫向相對位移均明顯大于行車正常區段第140孔梁梁端橫向相對位移，這與梁端橫向振幅測試結果相一致；晃車嚴重區段第248孔梁梁端橫向相對位移呈現上行列車大于下行列車、閔行端大于莘莊端的現象，支座的橫向限位較第140孔梁效果明顯偏弱。

（6）由實測橡膠支座豎向平均壓縮量可知：行車正常區段第140孔梁各橡膠支座實測豎向平均壓縮量較為均衡，而晃車嚴重區段第248孔梁各橡膠支座實測豎向平均壓縮量則存在明顯差異，這是由于該孔梁對角支座位置較低所致，這也與梁端橫向相對位移實測結果分布規律相一致。

（7）由于該處絕大部分為高架橋區段，上下行線間距大于梁跨結構橡膠支座橫向中心距，列車通過時梁體承受較大的偏心荷載，梁端產生橫向扭轉。若相鄰兩孔梁的梁端橫向扭轉基本相同，則列車可平順通過；而如果由于部分梁體支座安裝位置略有高低，列車通過時橡膠支座受力不均衡，相鄰兩孔梁的梁端橫向扭轉產生較大變化，則可引起左右軌軌面高低變化，從而影響列車平穩運行。

（8）鑒于實測部分支座的橫向限位效果差異明顯，建議選擇晃車嚴重區段梁跨作為試驗對象，利用抗震限位裝置加強梁端橫向限位，觀察其對減小晃車的實際效果。