某铁路桥梁支座更换前后运营性能影响研究

某铁路桥梁支座更换前后运营性能影响研究

国家祥

中国铁路北京局集团有限公司秦皇岛工务段,河北 秦皇岛 066000

摘要：随着我国经济发展对铁路运输能力要求不断提高，既有铁路扩能运输改造进程不断推进，不断提高的列车轴重给既有铁路桥梁带来了一些新的病害，尤其是支座出现了耐久性退化、承载力不足以及失效的病害，并且大多数情况下均采用更换支座的方式来改善重载铁路桥梁的运营性能。本文以某铁路桥梁的病害板式橡胶支座为研究对象，采用顶升法将病害板式橡胶支座更换为球形钢支座，并对更换前后铁路桥梁的跨中横竖向振幅、横竖向加速度及墩顶横向振幅等参数进行了对比，研究了支座病害对铁路桥梁运营性能的影响。研究结果表明：钢支座的横向限位功能较板式橡胶支座更为优越；板式橡胶支座更换为钢支座后，支座的横向位移有所减小，同时桥跨主梁的跨中横向振幅、横向加速度及墩顶横向振幅均有不同程度的降幅；支座更换对主梁竖向振幅及竖向加速度、跨中动应变及动挠度等竖向动力参数影响较小。

关键词：混凝土简支梁；支座病害；支座更换；运营性能

1 工程概况

某铁路上行桥由2孔24m超低高度预应力钢筋混凝土T梁和2孔20m低高度预应力钢筋混凝土T梁组成，孔跨布置为1×20m+2×24m+1×20m，桥全长103.71m，全桥位于直线上，桥面坡度为-3.8‰。支座采用板式橡胶支座和盆式橡胶支座，桥墩采用钢筋混凝土矩形板式墩，基础为钻孔桩基础。该铁路上行桥，由于支座病害将板式橡胶支座更换为球型钢支座，本次测试为支座更换前后的桥梁运营性能检验，试验孔为该桥更换支座的第1孔和第4孔(20m低高度预应力钢筋混凝土梁)。

2 运营性能试验方案

2.1试验测试参数统计

该桥支座更换前后的具体测试内容，如表1所示。

2.2试验测试工况

现场测试共分为4个工况进行，测试时间贯穿桥梁支座更换前后，并根据支座更换施工工序进行分类。具体的试验测试工况，如表2所示。

2.3 试验测点布置

根据试验测试内容及工况，对该桥梁的试验测点进行布置，如图1所示。

3 支座更换前后运营性能影响分析

3.1桥跨结构横向振幅

该桥在运营列车作用下，支座更换前后实测第1孔跨中横向振幅最大值分别为0.91mm和0.62mm，实测第4孔跨中横向振幅最大值分别为0.58mm和0.40mm；尽管该桥的实测跨中横向振幅在支座更换前后均满足《铁路桥梁检定规范》所规定的横向刚度通常值(Amax)5%要求(≤1.59mm)和横向振幅安全限值[Amax]5%要求(≤2.22mm)，但支座更换后跨中横向振幅均有不同程度的降低，降低约20%~30%。

3.2桥跨结构横向加速度

该桥在运营列车作用下，支座更换前后实测跨中横向加速度第1孔跨最大值分别为0.47m/s2和0.35m/s2，第4孔最大值分别为0.17m/s2和0.13m/s2。实测横向加速度均满足《铁路桥梁检定规范》所规定的横向加速度限值要求(≤1.40m/s2)，且更换支座后均有不同程度的降幅。

3.3 墩顶横向振幅

该桥在运营列车作用下，支座更换前后实测1#墩墩顶横向振幅最大值分别为0.45mm和0.40mm，3#墩分别为0.41mm和0.36mm。。支座更换前后均满足《铁路桥梁检定规范》所规定的墩顶横向振幅通常值要求，支座更换后，各桥墩均有一定程度的降幅。

3.4 支座横向位移

该桥在运营列车作用下，支座更换前后实测第1孔支座横向位移最大值为0.74mm和0.24mm，第4孔分别为0.60mm和0.24mm。虽然更换前板式橡胶支座的横向位移也满足《铁路桥梁检定规范》的规定，但是更换成钢支座后支座横向位移非常小，说明钢支座的横向限位功能良好。

3.5桥跨结构竖向振幅

该桥在运营列车作用下，支座更换前后实测跨中竖向振幅最大值第1孔分别为0.65mm和0.69mm，第4孔跨中分别为0.76mm和0.81mm，支座更换对该桥跨中竖向振幅的影响很小。

3.6桥跨结构竖向加速度

该桥在运营列车作用下，支座更换前后实测跨中竖向加速度最大值第1孔分别1.35m/s2和1.02m/s2，第4孔分别为1.49m/s2和1.30m/s2。支座更换对该桥跨中竖向加速度的影响有一定影响。

3.7墩顶纵向振幅

该桥在运营列车作用下，支座更换前后实测墩顶纵向振幅最大值1#墩分别为0.21mm和0.18mm，3#墩分别为0.29mm和0.30mm，病害支座的更换对桥墩墩顶纵向振幅影响较小。

3.8跨中动应变

该桥在运营列车作用下，支座更换前后实测跨中动应变最大值第1孔1#梁分别为144με和146με，第4孔1#梁分别为144με和146με，支座更换前后，对于跨中动应变响应影响较小。

3.9跨中动挠度

该桥在运营列车作用下，支座更换前后跨中实测动挠度最大值第1孔1#梁分别为7.79mm和7.50mm，第4孔1#梁跨中动挠度最大值分别为8.50mm和8.39mm。病害支座的更换对于跨中动挠度响应影响有限。

3.10支座竖向位移

支座更换前后实测支座竖向位移最大值第1孔1#梁0.41mm和0.39mm，第4孔1#梁分别为0.36mm和0.22mm。由于在更换支座时采用了顶升施工的方式，所以支座位移出现了负值（代表向上）的情况。更换支座后，支座的竖向位移均有减小的趋势。

4 结论

该铁路桥梁在运营列车作用下，支座更换前后跨中横向振幅、跨中横向加速度、墩顶横向振幅以及支座竖向位移均有不同程度的降幅，均在10%以上；支座更换前后，支座的横向位移降幅程度显著，均在60%以上，虽然更换前板式橡胶支座的横向位移也满足《铁路桥梁检定规范》的规定，但是更换成钢支座后支座横向位移非常小，说明钢支座的横向限位功能良好；支座更换前后，主梁跨中竖向振幅及竖向加速度、跨中动应变及动挠度变化不大，因此病害支座的更换对部分竖向动力参数的影响较小。

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