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1、铁路桥梁振动超限的并置梁加固方法邹慧峰(哈尔滨铁路局齐齐哈尔工务段)摘要:本文针对既有铁路桥梁梁体进行振动分析提出并置梁加固方案，论述了桥梁在列车提速后产生的，横向刚度不足等问题，提出了加固方案和相应的关键技术，以满足铁路提速运营后的安全性和舒适度要求。关键词:既有桥梁;横隔板;桥梁加固;施工技术1、既有铁路桥梁振动分析铁路线路客运允许速度从1OOkm/h，逐步提高到120km/h、140km/h、160km/h和200km/h，与此同时，货运由50km/h逐步提高到60km/h、80km/h、90km/h和1OOkm/h。铁路桥梁由于激励源是列车,不仅垂直方向振动大,而且蛇
2、行波等引起的激励使水平方向的振动也非常大。横向振动会导致脱轨的严重后果。因此,如何避免发生共振现象是非常重要的。列车通过桥梁时,当列车产生的作用力频率和桥梁的有载频率吻合时,容易导致共振。如果车身不长,作用时间短,为瞬时的激励,此时即使频率相吻合,也较难达到共振;而如果是货车或者客车,作用时间一般长达十几秒甚至几十秒,容易出现共振现象,造成车辆和桥梁的危险。1.1列车行车的激励桥梁通过列车时,采用净轴重常量移动载荷模型,当列车以某一速度通过桥梁,列车产生周期性的竖向激励,则此激励的频率为(1)其中:v为列车速度;lv为列车车厢长;n为振动阶数。列车在水平向产生的蛇行波频率,如
3、为单轴转向架,则水平向频率为(2)其中:λ为车轮缘的锥度;b为轨道间距的一半;r0为车轮半径。在我国K=1/20,轨道间距2b=1.435m,客车轮径一般为2r0=0.915m,列车车厢长为l=26.576m。如表1所示,将不同的车速代入式(1)和式(2),得到不同车速下竖向和水平向的激励频率。将此频率与桥梁的频率进行对比,如果很接近,则意味着此速度下车桥体系处于共振范围,比较危险,应尽量避免在此速度下行车。图1不同列车时速引起的激励频率1.2桥梁有载频率桥梁的频率可由计算或者试验得到。不过一般得到的是自振频率,此时桥梁上没有附加载荷;当上面通过列车时,由于附加了较大的质量,
4、得到的有载频率会比无载时的自振频率低,此时达到共振时的列车激励的速度也降低了,因此更容易达到共振。实际上真正引起桥梁共振,导致危险的是有载频率。因此,得到通过列车时的有载频率才能准确地分析车辆和桥梁的振动,乃至评估其安全性。列车的重量由轮对传递桥梁,可认为作用在桥上的是移动质量,此时桥梁的有载频率是随着列车行进不停变化的值。一般都假定附加质量为静载,得到某一瞬间的无载频率和有载频率的比值(3)其中:fu为无载频率;fL为有载频率;m0为桥上不附加列车质量时折合的总质量;mL为通过列车时含附加质量折合的总质量;根据不同的桥梁形式和通过列车的形式,一般情况下k=1.15~1.50
5、。k值不仅适用于桥梁的有载频率计算,也适用于桥墩的振动特性,由于桥墩的附加质量都在墩顶,因此它的k值相对于桥梁更大些。1.3并置梁加固的必要当桥梁和车辆无法改变时,由于振动不可避免,为了避免桥梁的振动过大,针对不同病害，可以在桥墩支座处布设适当的阻尼器来增大桥梁阻尼比、更改墩台横向刚度及加固基础等控制桥梁振动的幅值。而在既有线上存在相当一部分中小跨混凝土梁，它们是由两片之间没有横向联结的或者横行连接较弱的并置梁组成。由于这些无横向联结双片或者横行连接较弱的并置铁路梁，空间整体工作性能差，横向刚度弱，在高速行驶列车的作用下，梁体产生较大的斜弯曲，同时，车辆转向架的蛇行运动激励又
6、将引起桥梁横向振动的加剧，从而导致桥梁横向振幅增大，当横向振幅超出《铁路桥梁检定规范》的参考限值时，将严重影响提速后列车正常运营的安全性和舒适度。此外，在无横向联结的混凝土梁上进行大修(如换枕)施工时，若在人行道上增加荷载，将会降低梁体的初始倾覆稳定系数，可能导致梁体的横向倾覆失稳(在京广线某桥的大修施工中已有发生)。《铁路桥涵设计基本规范》规定，梁体横向倾覆稳定系数不应小于1.3，是没有考虑支座缺陷和变形的，若同时存在支座缺陷或采用平板橡胶支座时，这些梁体横向倾覆失稳的危险性将更为严重。2、并置梁加固2.1加固设计要求梁体横向加固,主要是保证两片主梁成为整体结构,利于承受横
7、向水平力及偏载等作用,提高梁体的抗扭能力。横向加固方案为在既有桥梁的横隔板内施加预应力横向连接。首先搭设作业平台,在桥梁横隔板位置施钻预应力筋孔道,焊接、绑扎横隔板钢筋,安装波纹管及横向预应力筋,然后浇注横隔板混凝土,待混凝土达到设计强度的80%时,张拉预应力钢筋,最后进行管道压浆、封锚。(1)加固体系应为永久性结构，并尽量减少对原有结构的损伤。(2)加固设计除保证横向刚度要求外，还应满足结构疲劳和耐久性的要求。(3)桥梁加固后，改善结构受力性能，在动荷载作用下，满足《铁路桥梁检定规范》和提速后行车技术
