解析铁路预应力连续梁桥病害整治及荷载试验

1、       解析铁路预应力连续梁桥病害整治及荷载试验                     摘要：随着城镇化进程的加快，我国重要基础设施建设取得了显著的成效。在大量人力、物力和政策的支持下，铁路设施建设空间得以有效优化，铁路预应力连续梁桥对于交通基础设施建设和交通系统完善具有重要意义，深入分析铁路预应力连续梁桥的主要病害，并进行针对性治理，有助于优化铁路建设环境，

2、保障铁路工程施工质量和运营稳定性。本文就铁路预应力连续梁桥病害整治及荷载试验展开探讨。关键词：铁路梁桥；病害整治；荷载实验1工程概况铁路西环东湖桥位于某市西环线东湖左侧，桥梁全长150.1m，为直线桥，设计速度为120km/h，设计为4孔后张法预应力c50混凝土连续箱型二次抛物线曲面梁，全桥共有3个桥墩、2个桥台，墩基为3.5m独桩基础，墩身直径2.5m，桩柱分别长19m、19m和21m，t形桥台，群桩4根1.25m，长度10m，预留铁路西环东湖连续梁桥立面布置如图1所示。工程分布于亚热带季风气候区，雨量充沛，四季分明，该地区平均气温、极端最高气温、极端最低气温分别为17、41.7和-18，年

3、平均降水量、年最大降水量分别为1483mm和2133.7mm，降水集中在每年的46月，受台风影响，伴有暴雨。另外，该地区平均无霜期为200243d，东湖桥水流流向自西向东，源短流急，洪水涨落较快，持续时间较短，年内水位变化大，属山溪性河流区内地下水类型，主要有第四系全新统砂砾石孔隙潜水及基岩裂隙潜水。图 1 预留铁路西环东湖连续梁桥立面布置2连续梁桥的主要病害因为部分预应力混凝土连续梁桥在设计时容许结构在活载作用下出现拉应力，桥梁经过多年的运营，梁体材料性能退化，大部分桥梁会出现不同病害，主要病害是箱梁混凝土梁体出现不同性质的裂缝。裂缝的形成在实际工程中往往是多个因素综合作用的结果，主要表现为

4、：箱梁墩顶竖向裂缝、跨中底板横向裂缝、腹板斜裂缝，裂缝导致箱梁刚度明显下降、承载能力不足。预应力混凝土连续箱梁裂缝产生的原因具有一定的规律性，只有对裂缝的成因认真分析总结，才能有针对性的提出防止裂缝产生和加固箱梁的措施。（1）腹板裂缝。腹板开裂的主要原因为主拉应力、竖向正应力、锚固区张拉应力过大，由于箱梁支点周围剪应力较大且竖向预应力损失较大，当箱梁在设计时抗剪能力不足时，便会在支点附近处产生45°方向的斜裂缝，对于预应力混凝土连续梁桥，大量预应力束锚固于边跨端部，同时桥梁端部要传递支座提供的反力。在建造施工过程中受施工和体系转化的影响，桥梁端部要承受巨大的剪应力和一定的次内力，使构

5、件受力复杂，容易产生腹板斜裂缝。（2）顶、底板裂缝。顶底板裂缝产生的主要原因为荷载下的畸变和横向弯曲作用的结果，对于预应力混凝土连续梁桥，顶底板开裂的主要原因为在预应力锚固端及齿板处受力复杂产生应力集中现象，且受温度作用影响显著。另外，箱梁结构中，锚固预应力的齿板及横隔板空洞周围处常产生裂缝或者其他病害，主要原因为应力过于集中。（3）横隔板及其附近顶板出现较多裂缝，原因是跨中及梁端横隔板抗扭刚度偏弱、横隔板中横竖向预应力损失较大。（4）部分裂缝是施工不当形成的干缩裂缝，浇筑的砼没有按标准养护，因收缩作用导致砼开裂。（5）护栏、栏杆破损及裂缝是由钢筋保护层偏薄、钢筋锈胀所致。（6）两桥台上的裂缝

6、主要是由于台后填土不均匀沉降引起的。3铁路预应力连续梁桥荷载试验3.1机型参数及加载工况分析针对铁路西环东湖桥进行的荷载实验主要为静载实验，可根据连续梁桥的力学特点进一步检验病害治理后工程的运行稳定性和工程的受力状态，对机型参数和加载工况进行如下分析：铁路西环东湖桥梁静载实验主要采用df4型机车作为实验对象，df4型机车在铁路中的应用范围较广，主要参数包括装机功率、标称功率，分别为3300马力/2430kw、2160马力/1920kw，传动方式为交直传动，轴式为co-co，轴距和中心距分别为2×1800mm和12000mm，整备质量、轴质量分别为128t和23t，该机车的转轴效率为3

7、2.7%，最高速度、持续速度分别为100km/h和21.9km/h，启动牵引力、持续牵引力分别为413.9kn和302kn。加载工况主要体现在4#台支座、3#墩支座、2#墩支座、1#墩支座、0#台支座最大支反力加载以及第4跨（边跨）、第3跨（中跨）、第2跨（中跨）、第1跨（中跨）的最大正弯距加载，加载特征分别为后车前轮组越过伸缩缝、两车对称加载到3#墩、两车对称加载到2#墩、两车对称加载到1#墩以及前后车轮组停在伸缩缝内侧、后车前轮组越过伸缩缝，两车对称加载到第3跨跨中加载、两车对称加载到第2跨跨中加载、前后车轮组停在伸缩缝内侧，以机型参数和加载工况为基础，在铁路预应力连续梁桥荷载实验中可完成

8、支反力弯矩理论值及加载效率分析，支反力测试结果及截面挠度分析以及界面控制应力分析。3.2静载试验试验荷载拟采用的试验车辆在轮距、轴质量方面模拟设计标准荷载，并不存在对桥梁结构产生超出设计范围的局部荷载。试验前对每辆加载车辆进行配重，并对每辆车称重编号。具体各工况加载数量及各车轮位布置根据各截面在最不利荷载作用下的有限元静力分析结果确定3.3支反力、弯距理论值及加载效率分析以4#台支座、3#、2#、2#墩支座和0#台支座为基础，试验荷载支反力分别为1035.4kn、2760kn、2760kn、2760kn和1035.4kn，设计支反力分别为1233.4kn、3113.5kn、3251.2kn、3

9、113.5kn和1233.4kn，由此可知，加载效率分别为0.84、0.89、0.85、0.89和0.84，弯矩理论值及加载效率试验结果主要以第4跨距梁端12m、第3跨跨中、第2跨跨中、第1跨距梁端12m为控制断面，试验荷载弯矩分别为4386.0kn·m、6579.4kn·m、6579.4kn·m、4386.0kn·m，设计弯矩分别为6516.8kn·m、6919.3kn·m、6919.3kn·m、6516.8kn·m，由此可知，第4跨距梁端12m、第3跨跨中、第2跨跨中、第1跨距梁端12m的加载效率分别为0.67

10、、0.95、0.95和0.67，针对铁路西线东湖桥采用的相关病害治理措施具有良好的治理效果，试验结果中的支反力、弯矩理论值及加载效率可满足质量要求。结语部分预应力混凝土连续箱梁桥病害已成为影响铁路正常使用的重要因素，同时桥梁结构病害增大了交通事故发生的隐患，对此类结构出现的病害进行分析总结，并根据分析结果对不同病害采取相应的补强加固方法，使其满足桥梁承载能力要求。当前铁路预应力连续梁桥的合理施工和高质量建设能够有效满足应用需求，在铁路工程设计施工中设计和施工人员应根据工程的地质情况、水文情况和施工环境、应力要求，合理优化结构设计，降低铁路预应力连续梁桥病害的发生概率，保证工程的运营稳定性和使用安全。参考文献1毛祚财.大跨度空腹式钢-混凝土