大准铁路桥梁病害检测

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摘 要：黄河特大桥是大准铁路沿线重要的桥梁建筑，随着大准铁路运量的逐年增加，黄河特大桥桥梁病害愈发突出，主要表现为：钢筋混凝土梁裂纹、钢筋锈蚀、墩台身裂纹，混凝土剥落、掉块等，这些灾害严重威胁着大准铁路的安全运行。因此，亟待对铁路沿线进行长效综合治理，为大准铁路的安全运行提供安全和技术保障。

关键词：大准铁路；桥梁；病害检测

一、国内外研究现状

国外对桥梁状态的检测评估研究主要侧重于整体结构评定方法的研究，而单独对桥梁下部结构的状态评定研究却是很少。我国从20世纪90年代开始，加强了对既有铁路桥梁下部结构病害检测评估的研究，主要表现在对铁路桥梁桥墩的研究，通过大量的试验对桥墩进行了研究和分析。

二、调查分析

1. 黄河特大桥基本情况

本次检查对象是从大准铁路沿线选出的具有代表性的黄河特大桥。黄河特大桥建成于1993年8月，中心里程为K235+925，黄河特大桥为刚构桁架桥，9-32m预应力混凝土梁+96+132+96m连续刚性桁梁柔性拱。钢桁梁为96+132+96m三跨连续式、无竖杆刚性桁梁柔性拱组合系结构， 其中边跨为96m下承式无竖杆刚性桁架（桁宽7m）， 中跨为刚性桁梁柔性拱结构（拱矢高22m，桁高12m）。主跨桥梁支座为盆式橡胶支座。9号、10号、11号墩高分别为53.75m、59.27m、56.80m，其中10号墩为制动墩。

1.调查内容

（1）桥墩台及基础病害普查；（2）混凝土桥梁病害普查；（3）钢桥梁病害普查；（4）桥支座病害普查；（5）铁路桥面系病害普查。

2.调查结果；

通过实地调查及实际运营情况对比分析，黄河特大桥主要病害为：墩身裂纹；桥梁梁体及墩顶位移超限；墩台身损伤等。其他部位无明显、严重病害隐患，不会危及行车安全。

3.病害成因分析

（1）凝土内部水化热和外部气温的温差，或日气温变化影响和日照影响而产生的温度拉应力，混凝土干燥收缩而引起的；（2）混凝土沉降裂缝、模板变形裂缝；（3）裂缝造成混凝土剥落、掉块，渗水后造成钢筋锈蚀；（4）外部荷载的作用，如：列车的振动及桥梁的晃动产生的冲击力、摇摆力加快了裂纹的产生和发展，尤其是托盘与墩身连接处裂纹，如不能及时得到处理，可能危及行车安全。

4.整治建议

（1）墩台裂纹防治。先将圬工凿毛，然后用1∶2水泥砂浆或石膏在裂纹上抹成厚10-15毫米的方形或圆形灰块，也可用石膏将细条状玻璃固定在裂纹两侧圬工表面上。对于微细而数量较多的裂纹，可用喷浆或抹浆的方法来处理，也可涂二层环氧树脂涂料封闭。

（2）墩台排水和防水层整修。经常保持墩台顶面的清洁，注意和保持圬工梁拱及墩台的排水畅通，以免水流入圬工内造成病害。道碴槽内所有排水管道出水口必须伸出建筑物外，不够长的要结长或进行更换。

（3）表面局部修补。将破损部分清除，凿毛洗净，然后用100号水泥砂浆分层填补至需要厚度，并将表面抹平，同时设置牵钉，埋设方法为打眼、冲洗孔眼、孔内注满水泥砂浆、插入牵钉。

三、桥梁病害隐患机理分析

由于桥梁使用过程中出现最多，影响比较严重的病害是裂缝病害。对黄河特大桥，通过有限元数值计算来分析桥梁使用状况。

1.分析模型

分析的目的是了解黄河特大桥的实际内力、梁跨度中点的挠度等， 据以判断桥梁结构在静载作用下的实际工作状态、结构的安全承载能力和使用条件。本次计算模型如图4.1所示。

图3.1 黄河特大桥分析模型

（1）单元划分：模型中所有杆件均采用梁单元。计算中忽略了桥门架和中横联的效应， 但考虑了上、下平纵联及纵横梁的作用。

（2）约束条件：所有支座对三个方向的转动均不约束， 对平动的约束情况：所有支座的竖向均为固定约束；9号墩、11号墩、12号墩支座纵向和横向无约束；10号墩横向无约束、纵向为固定约束。

（3）静力计算：计算了四种轮位下结构的内力和挠度， 所有结点均为固结。

2.计算方案

铁路桥梁结构是以中―活载（即中国铁路标准荷载）作为设计荷载的。根据设计资料中的主桁各杆件在中―活载作用下的最大、最小轴向力P中和跨中挠度值f中，试验前根据试验荷载（四个轮位）分别进行计算，求得主桁各杆件的最大、最小轴力P0 及跨中挠度f0，那么P0 除以P中，f0 除以f中，就得到了荷载换算系数。

计算分为4级加载：

轮位Ⅰ―左边跨（大同侧）加载，两台SS3+4辆C62A 重车（第1台SS3机车的第1轴在E0 节点）。

轮位Ⅱ―中跨加载，两台SS3+7辆C62A 重车（第1台SS3机车的第1轴在E16节点）。

轮位Ⅲ―右边跨（准格尔侧）加载，两台SS3+4辆C62A 重车（第1台SS3机车的第1轴在E′16节点）。

轮位Ⅳ―中跨半跨加载，两台SS3 +2辆C 62A 重车（第1台SS3机车的第1轴在E16节点）。

四、计算结果

1.上游和下游两片主桁对称杆件除了E16E18、E20 E22、A17A19、A’17 E’16、C’25C27、A27C27外，两片主桁对称杆件轴力值相差在10%以内。可以认为总体上看两片主桁受力较为均匀。

2.本桥为超静定结构，受力比较复杂，尤其是施工阶段杆件拼装状况也对加载后的杆件内力有很大影响。

3.在中―活载作用下， 应力最大的杆件为A17E18 ， 其轴向应力为99. 88MPa

4.在中―活载作用下， 边跨中的挠度（76.23mm）大于中跨中的挠度（63. 94mm）， 挠跨比分别为1/1259和1/2064。由此可以看出本桥竖向刚度较大， 这也证明设计中采用系杆拱形结构的优越性。

5.桥梁结构主要承受中―活载和恒载作用（包括自重及桥上线路设备的重量等）， 其最终应力值是中―活载和恒载作用下应力值的组合。从各主要杆件的最终应力值和跨中挠度值分析可知：

（1）本桥受力最小的杆件是吊杆A27C27 ， 应力为21. 9MPa。

（2）本桥受力最大的杆件是10号墩上的右斜腹杆A17E18 ， 应力为142.1MPa。该墩上的桥跨是桁架梁与系杆结构相接点，受力比较复杂，根据计算和实测均得到该杆件应力最大，但仍然小于本桥跨基本允许应力[σ] =200MPa。

五、结论

依据《铁路桥梁检定规范》，可以得出该桥承载力和刚度符合设计标准， 满足使用要求；由于10号墩上右斜腹杆受力最大，建议对10号墩进行加固处理并且加强监测与检查，保证桥梁的安全运营。

参考文献

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