既有钢筋砼铁路简支T梁桥荷载试验研究.pdf

既有钢筋砼铁路简支Ｔ梁桥荷载试验研究孟令强刘国飞季英瑞鲁爱民（山东铁正工程试验检测中心有限公司山东济南２５００１４）・桥涵工程・摘要对某铁路既有钢筋砼简支Ｔ梁桥进行静、动载试验。从结构挠度、应变、动力系数以及横向振动特性四方面分析了桥梁结构在荷载作用下的实际工作状态，确定了桥梁结构的实际承栽力，对该桥的强度、刚度进行综合评估。该试验为同类型铁路桥梁承栽能力评定提供参考，为桥梁结构的维修加固提供依据。关键词简支Ｔ梁桥荷栽试验承载能力中图分类号Ｕ４４６．１文献标识码Ａ———文章编号１００９４５３９（２０１６）０８０００５０５ＳｔｕｄｙｏｎＬｏａｄＴｅｓｔｓｏｆＥｘｉｔｉｎｇＲＣＳｉｍｐｌｙＳｕｐｐｏｒｔｅｄＲａｉｌｗａｙＴＢｅａｍＢｒｉｄｇｅＭｅｎｇＬｉｎｇｑｉａｎｇ。ＬｉｕＧｕｏｆｅｉ。ＪｉＹｉｎｇｒｕｉ，ＬｕＡｉｍｉｎ（ＳｈａｎｄｏｎｇＴｉｅｚｈｅｎｇＰｍｊｅｃｔＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒＣｏ．Ｌｔｄ．，ＪｉｎａｎＳｈａｎｄｏｎｇ２５００１４，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｓｔａｔｉｃｌｏａｄｔｅｓｔａｎｄｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｔｅｓｔａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｎｅｘｉｔｉｎｇＲＣｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｒａｉｌｗａｙＴｂｅａｍｂｒｉｄｇｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｓｔｒａｉｎ，ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，ｉｍｐａｃｔｆａｃｔｏｒ，ｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｒｅａｓｓｅｓｓｅｄ．ＡｌｌｔｈｅｓｅｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｆｏｒｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｔｈｅｓｉｍｉｌａｒＲＣｒａｉｌｗａｙｂｒｉｄｇｅｓ．ＫｅｙｗｏｒｄｓｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄＴｂｅａｍｂｒｉｄｇｅ；ｌｏａｄｔｅｓｔ；ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ１概述某既有钢筋砼铁路简支Ｔ梁桥建于１９９４年，为曲线梁桥，全长１８０．６“”ｍ，设计荷载为中一活载，Ｔ梁混凝土强度等级Ｃ４０。第１跨和第８跨为钢筋混凝土Ｔ梁，跨径１６．５ｍ，梁高１．２３ｍ，梁中心间距１．８６ｍ；第２跨至第７跨为预应力钢筋混凝土Ｔ梁，跨径２４．６ｍ，梁高１．５８ｍ，梁中心间距１．８６ｍ。桥墩及桥台均为钢筋混凝土结构。该桥目前主要承担煤炭、石油运输工作。桥梁荷载试验的目的是通过加载试验，记录桥梁在荷载作用下的结构反应，为桥梁结构技术状况及承载能力评定和日后养护、维修、加固的决策提供科学依据和支持¨ｑ１。文献［４一１１］就铁路简支——收稿日期：２０１６０６０２基金项目：２０１５年山东省第二批技术创新项目（２０１５２１９０１ｌｌＯ）Ｔ梁、连续梁、小跨径拱桥、箱梁、斜拉桥等多种桥梁结构体系进行了荷载试验研究。本文在已有基础上，就简支Ｔ梁的荷载试验进行进一步研究，不仅要达到桥梁荷载试验的目的，同时为后期验证该类桥梁承载能力评定公式的可靠性提供依据。２试验方案２．１测试内容（１）静载试验测试内容：桥跨跨中截面最大正弯矩效应和最大挠度效应；桥墩支点附近截面最大剪力效应。（２）动载试验测试内容：桥跨结构竖向模态测试；桥跨跨中截面动挠度、横向振幅、横向加速度测试。２．２测点布置２．２．１静载试验测点布置“”将一种用于观测桥梁外部缺陷的观测装置铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（０８ｌ５万方数据・桥涵工程・（专利号：ＺＬ２０１５２１０００９０６．Ｘ）用于桥梁外观缺陷检测，本着病害最严重、受力最不利的原则，选第１跨、第３跨、第４跨、第５跨共４跨进行荷载试验。每桥跨布置２个测试截面，即跨中最大正弯矩效应和最大挠度效应截面（Ａ．Ａ截面），桥墩支点附近最—大剪力效应截面（ＢＢ截面）。断面位置和测点布置分别见图ｌ及图２。＂号墩时１号墩图１试验跨测试截面（单位：ｍ）—ｂ．ＢＢ截面应变测点布置图２试验跨各测试截面测点布置（单位：ｃｍ）２．２．２动载试验测点布置（１）试验跨竖向模态测试。所选跨４等分，每跨共计５个测试断面，分上下游两条测线布置测点，如图３所示。（２）试验跨跨中截面动挠度、横向振幅、横向加速度测试。在试验跨跨中截面梁底、翼缘板侧面布置ＹＷＣ－５０型位移传感器，匹配ＤＨＤＡＳ５９２３动态信号测试分析系统和笔记本电脑分别进行动挠度及横向振幅测试；在试验跨跨中截面梁顶布置９４１Ｂ型拾振器（加速度档），匹配ＣＲＡＳ振动及动态信号采集分析系统和笔记本电脑进行横向振动加速度测试；测点布置如图４所示。（３）试验桥墩墩顶的横向振幅测试。在试验桥墩顶布置９４１Ｂ型拾振器（加速度档），匹配ＣＲＡＳ振动及动态信号采集分析系统和笔记本电脑进行横向振动加速度测试。图３试验跨脉动试验测点布置图４试验跨跨中截面布置２．３试验荷载２．３．１静载试验荷载静力试验荷载采用机车加载，为满足荷载效率的要求，试验跨跨中截面最大正弯矩效应采用双机联挂加载方式。单机车重量９２０ｋＮ，各轴力参数如图５所示。主：括弧外为机车ｌ轴距．括弧内为机车２轴距。图５加载机车轴重及轴距（单位：ｍ）双机联挂跨中截面最大正弯矩效应和最大挠度效应满载布置如图６所示。２３０ｋＮ２３０ｋＮ２３０ｋＮ，４．１ｔ２．８ｔ５．，ｔ２．４ｔ５．３ｔ２．４ｔ，．９ｔ，・ｏＪｉ毒ｂ．２４ｍ跨径图６试验跨跨中截面最大正弯矩效应和最大挠度效应布载示意图【单位：ｍ）双机联挂桥墩支点附近截面最大剪力效应满载布置如图７所示。２．３．２动载试验荷载动载试验采用单机车加挂一节满载车厢进行测试。测试车辆分别以２０ｋｍ／ｈ、３０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈ６铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６（０６Ｊ万方数据桥涵工程・的速度匀速驶过桥跨结构，测定桥跨结构在列车荷载作用下的振动特性。２３０ｋＮ２３０ｋＮ２３０ｋＮ２３０ｋＮ２３０ｋＮ２３０ｋＮ图７试验跨桥墩支点附近截面最大剪力效应布载示意图（单位：ｍ）３试验结果分析３．１静载试验结果分析跨中最大正弯矩效应和最大挠度效应截面（Ａ．Ａ截面）进行挠度和应力测试。测试结果见表１和表２。表１Ａ－Ａ截面挠度测试结果ｍｍ相对校验结构测点计算值实测值弹性值残余值残余系数ｌ８．０５９．４４７．８ｌ１．６３１７．２８％１．１７第１跨２８．０５９．２１７．６５１．５６１６．９５％１．１４ｌ２１．１７１８．６７１６．４”２．１２．１４％０．８８第３跨２２１．１７１９．２ｌ１６．８ｌ２．４０１２．５０％０．９ｌｌ２１．１７２３．４４２０．３３３．１ｌ１３．２６％１．１ｌ第４跨２２１．１７２４．６２２１．５６３．０６１２．４３％１．１６ｌ２１．１７２３．１５２０．５１２．６４１１．４２％Ｉ．０９第５跨２２１．１７２２．８６１９．５２３．３４１４．６２％１．０８注：挠度向下为正。表２Ａ・Ａ截面应力测试结果ＭＰａ相对校验结构测点计算值实测值弹性值残余值残余系数ｌ６．５３６．７３５．８３Ｏ．９１３．３５％１．０３第１跨２６．５３７．０５６．１４Ｏ．９１１２．９９％１．０８ｌ１２．２５１１．６４１０．２８１．３６１１．６７％０．９５第３跨２１２．２５１１．８８１０．４０１．４８１２．４５％０．９７１１２．２５１３．１０１１．７ｌ１．３９１０．５８％１．０７第４跨２１２．２５１２．Ｓ０１１．０７１．４３１１．４４％１．０２ｌ１２．２５１３．６０１２．３５１．２５９．２１％１．１１第５跨２１２．２５１２．９９１１．４３１．５６１１．９８％１．０６注：拉应力为正。—由表１可知，第１、４、５跨Ｔ梁ＡＡ控制截面实测挠度校验系数大于１．０，实测挠度值大于计算值，—表明第１、４、５跨Ｔ梁ＡＡ控制截面竖向刚度不满—足设计要求；第３跨Ｔ梁ＡＡ控制截面实测挠度校—验系数介于０．８８０．９１之间，实测挠度均小于计算铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ—值，表明第３跨Ｔ梁ＡＡ控制截面竖向刚度满足设计要求。由表２可知，第１、４、５跨Ｔ梁Ａ．Ａ控制截面实测应力校验系数大于１．０，实测应力值大于计算值，—表明第１、４、５跨Ｔ梁ＡＡ控制截面强度不满足设—计要求；第３跨Ｔ梁ＡＡ控制截面实测应力校验系—数介于０．９５０．９７之间，实测应力值均小于计算—值，表明第３跨Ｔ梁ＡＡ控制截面强度满足设计要求。实测及换算竖向挠跨比与《铁路桥梁检定规范》¨２１（下称《桥规》）中规定的竖向挠跨比通常值的比较结果见表３。表３试验桥跨结构实测及换算竖向挠跨比跨径／实测挠度／换算至中一竖向挠跨比结构ｍｍｍ活载挠度／ｍｍ实测值换算值第１跨１６９．４４１１．６６１／１６９５１／１３７２第３跨２４１９．２１１９．８０１／１２４９１／１２１２第４跨２４２４．６２２５．３８Ｉ／９７５ｌ倘第５跨２４２３．１５２３．８７１／１０３７１／１００５从表３可知，换算中一活载下，第１跨换算竖向挠跨比为１／１３７２，大于《桥规》规定的１／１９００，说明第ｌ跨桥跨结构的竖向刚度不满足铁路桥梁安全运营性能要求；换算中一活载下，第３、４、５跨换算竖向挠跨比分别为１／１２１２、１／９４６、Ｉ／１００５，大于《桥规》规定的１／１３００，说明第３、４、５跨桥跨结构的竖向刚度不满足铁路桥梁安全运营性能要求。桥墩支点附近最大剪力效应截面（Ｂ．Ｂ截面）进行应力测试，测试结果见表４。表４Ｂ－Ｂ截面应力测试结果ＭＰａ相对校验结构测点计算值实测值弹性值残余值残余系数ｌ１．０９０．９７Ｏ．８７Ｏ．１０９．９８％Ｏ．８９第１跨２１．０９１．０５０．９６Ｏ．０９８．２１％Ｏ．９６ｌ１．５４１．３１１．１９Ｏ．１２８．８８％０．８５第３跨２Ｉ．５４１．３６１．２４０．１２８．６７％Ｏ．８８ｌ１．５４１．３２１．２２Ｏ．１０７．５５％Ｏ．８６第４跨２Ｉ．５４１．４０Ｉ．２８Ｏ．１２８．４２％Ｏ．９１ｌ１．５４１．３７１．２００．１７１２．６９％０．８９第５跨２１．５４１．２９１．１６０．１３１０．３８％０．８４注：拉应力为正。由表４可知，第１、３、４、５跨Ｔ梁Ｂ．Ｂ控制截面∞２０１６ｆＪ７万方数据・桥涵工程・—实测应力校验系数介于０．８４０．９６之间，实测值均小于计算值，表明第１、３、４、５跨Ｔ梁Ｂ．Ｂ控制截面强度满足设计要求。３．２动载试验结果分析３．２．１试验跨竖向模态分析采用桥梁结构分析软件ＭＩＤＡＳ进行建模分析，试验桥跨结构自振特性参数测试结果见表５。表５试验桥跨结构自振特性参数测试结果实测频率／计算频率／实测阻尼，荽髓，结构振型描述ＨｚＨｚ比／％，计算第１跨竖向一阶振型８．００８．８８１．６０Ｏ．９０第３跨竖向一阶振型５．００５．１９Ｏ．７７Ｏ．９６第４跨竖向一阶振型４．８７５５．１９０．４３０．９４第５跨竖向一阶振型５．１２５５．１９０．９６０．９９实测竖向一阶振型图见图８。∥锣锣锣ａ．第１跨ｂ．第３跨Ｃ．第４跨图８试验跨实测竖向一阶振型图由表５可知，各试验桥跨结构的实测竖向基频均小于理论值，表明试验桥跨结构实际整体刚度小于理论刚度；各试验桥跨结构的实测阻尼比均较小，衰减较慢，属于小阻尼振动。由图８可以看出竖向一阶振型与理论相符，说明测试结果准确、可靠。３．２．２试验跨跨中截面动挠度分析不同列车时速下，各试验桥跨结构实测动力系—数介于１．０８１．２０之间，实测动力系数小于《桥规》限值（１６ｍ跨径桥跨结构限值１．２６，２４ｍ跨径桥跨结构限值１．２２），均满足设计要求。表明各试验桥跨结构冲击效应较小，桥梁行车性能良好。测试结果见表６。表６试验桥跨结构动挠度测试分析结果车速／最大动挠度／结构动力系数（１＋肛）（ｋｍ・ｈ。１）２０７．５７１．２０第１跨３０７．５４１．１６４０７．６２１．１８２０１４．８５１．０８第３跨３０１５．１１１．１０４０１４．９５１．１３２０１８．８７１．１０第４跨３０１９．７５１．１９４０２０．３２１．１５２０１８．２７１．１４第５跨３０１９．９３１．１８４０１９．４６１．０９注：挠度向下为正。８彰｝道建筑技术３．２．３试验跨跨中截面横向振幅分析试验桥跨结构实测跨中横向最大振幅值见表７。表７试验桥跨结构实测跨中横向最大振幅值车速／实测跨中横向结构跨度／ｍ‘（ｋｍ・ｈ１）最大振幅值／ｍｍ２０１．８４第１跨１６３０１．８４４０１．７４２０２．７９第３跨２４３０２．８９４０２．８０２０２．４２第４跨２４３０２．４９４０２．３８２０３．４８第５跨２４３０３．３６４０３．２８从表７可以看出，第１跨实测跨中横向最大振幅值大于桥跨结构横向振幅行车安全限值１．７８ｍｍ，第３、５跨实测跨中横向最大振幅值大于桥跨结构横向振幅行车安全限值２．６７ｍｍ，第４跨实测跨中横向最大振幅值小于跨中横向振幅行车安全限值２．６７ｍｍ。３．２．４试验跨跨中截面横向加速度分析试验跨跨中截面荷载平面处的实钡４横向振动最大加速度值见表８。桥跨结构横向振动加速度限值为１．４ｍ／ｓ２；从ＲＡｌｌ．ＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１６ｆＤ８Ｊ万方数据・桥涵工程・表８可以看出，第１、３、５跨横向振动最大加速度实测值均大于该限值，第４跨横向振动最大加速度实测值小于该限值。表８试验跨横向振动最大加速度实测值速度／结构横向振动最大加速度实测值／（ｍ・ｓ。２）（ｋｍ・ｈ一）２０１．４７第１跨３０１．６ｌ４０１．７７２０１．６２第３跨３０１．５８４０１．８３２０１．１６第４跨３０１．０９４０１．３５２０１．４４第５跨３０１．５２４０１．８ｌ３．２．５试验桥墩墩顶的横向振幅各试验桥墩实测墩顶横向最大振幅值与《桥规》中规定墩顶横向最大振幅通常值的比较见表９。表９试验桥墩实测墩顶横向最大振幅值墩号车速／（ｋｍ・ｈ一）实测墩顶横向最大振幅值／ｍｍ２０Ｏ．１６１＃３００．Ｉｌ４００．１９２０Ｏ．１８５＃３００．１６４００．１４２００．１５６＃３００．１３４００．１７“”理论值且实测挠度换算至中一活载计算的竖向挠跨比大于《桥规》规定的限值，这说明第ｌ、３、４、５跨桥跨结构竖向刚度较差。（３）不同列车时速下，第１、３、４、５跨桥跨结构实—测动力系数介于１．０８１．２０之间，实测动力系数小于《桥规》限值（１６ｍ跨径桥跨结构限值１．２６，２４ｍ跨径桥跨结构限值１．２２），均满足设计要求。表明第１、３、４、５跨桥跨结构行车性能良好。（４）第ｌ、３、５跨桥跨结构实测跨中截面横向最大振幅、实测跨中截面横向振动最大加速度均大于《桥规》规定的限值要求，这说明第１、３、５跨桥跨结构横向刚度较差；第４跨桥跨结构实测跨中截面横向最大振幅、实测跨中截面横向振动最大加速度均小于《桥规》规定的限值要求，这说明第４跨桥跨结构横向刚度较好。（５）第１｝｝、５＃、６＃桥墩实测墩顶横向最大振幅值均小于《桥规》规定的墩顶横向最大振幅通常值，说明第ｌ＃、５＃、６＃桥墩均有良好的横向刚度。参考文献万方数据