[12-11 17:00:02] 来源：http://www.tmgc8.com 铁路工程 阅读：3937次
摘要:随着国民经济的不断发展、铁路交通技术的不断提高、以及生活节奏的不断加快,我国铁路交通发展已取碍很大进步。本文主要针对既有梁桥在横向和纵向存在刚度不够,影响列车运行时的舒适度这一方面来分析说明现有铁路桥梁病害,并提出改造与加固措施。
关键词:铁路桥梁;病害分析;改造加固
1 铁路桥梁现状
铁路提速到时速200公里,更加可以加快城际和区域间交流。提速后的既有铁路不能满足需求,甚至出现损耗。特别是铁路既有桥梁横向振幅超限,成了铁路提速的重大障碍。我国铁路桥梁梁部多采用16、20、24、32m标准孔跨,涵盖各个跨度的普高梁、低高度梁及超低高度梁,采用最多的(1000多孔)是24、32m普高梁。该系列粱型为单线铁路横向2片T粱形式,此种梁型横向联结较弱。全线多采用圆端形实体桥墩,对于少数立交桥、线路与河流渠道斜交角度较大的以及位于河湾上水流较复杂、且填土不高的桥墩则采用钢筋混凝土圆墩或钢筋混凝土板式桥墩。墩径一般有1.7、1.8、1.9、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5m,共8种类型,其中以直径1.7、1.9、2.1m的圆墩较多,墩高范围从2～10m不等。基础形式以钢筋混凝土钻孔桩居多,少数地基条件较好的则采用扩大基础。
2 既有铁路梁桥存在问题分析及加固措施
2.1横向加固
2.1.1横向预应力加固
我国铁路上使用的混凝土桥梁中,20m及以下跨度的无横向联结,24m以上有横向联结的,发现不少横隔板已断裂,在铁路多次提速后,这部分桥梁在行车过程中,不仅截面存在斜弯曲现象,而且两片梁横向振动有相位差,甚至有反向振动现象,影响列车运行时的舒适度,已不能满足铁路提速之后的需要。常用的桥梁加固技术有桥面补强层加固、增焊主筋法、粘贴钢板补强法、增设辅助构件法、改变结构体系加固法和体外预应力(体外索)法等。针对主梁性能良好但横向联系薄弱、结构整体性差的桥梁,为保证高速行车的稳定性和安全性、提高舒适度、尽量减少因更换桥梁而带来的经济损失,在既有混凝土梁上进行横向预应力加固是一种很有效的方法。通过对桥梁结构的补强,改善结构受力性能,使加固后的桥梁能保证列车以最高200km/h能安全通过,同时改善梁的横向整体性能,延长使用寿命。这项加固技术还可应用于不同类型、不同跨度的铁路混凝土桥梁,施工中不影响列车的正常运行,施工费用较低,可节省换梁所需的大量资金。并且加固方法简单,在不影响列车正常运营的情况下进行,所需设备轻型、简便,施工单位易于掌握,施工质量易于保证。只需在两片梁间增设横隔板共同承受外载,预应力筋设置在隔板内,以减少施加横向预应力时产生的主梁腹板弯曲应力,避免对腹板产生不利的影响,同时有利于预应力筋的防护。横隔板与腹板连接处用锚固钢筋连接,横隔板的位置与数量根据不同梁型、不同跨度而定。20m以下双片式并置粱一般增设3块横隔板,跨中和两端各一块。横向预应力筋采用强度为1860MPa的无粘结钢绞线,由于横向预应力筋长度仅为2.2m左右,需使用外加螺母的夹片式锚具锚固,保证预应力筋的回缩量控制在2mm以内,以免预应力损失过大。
2.1.2横向刚度加固
铁路提速,列车对桥梁结构的动力作用增大,对桥梁结构的要求愈加严格。由于桥梁的横向刚度、抗扭刚度不足,桥墩的横向刚度不足,桥墩基础不够稳固,路基病害导致的桥头线路不平顺,桥上线路及轨道的不平顺,以及转向架的蛇行运动,或者转8A型转向架的横向摆振等原因,导致部分铁路桥梁横向振幅超限,横向振幅超限。为保证轨道的平顺性必须限制桥梁结构的竖向和横向变形,严格要求桥梁结构的刚度和整体性。因此,为满足列车提速后对梁整体稳定性和横向刚度要求。需要进行横向加固。提高横向刚度的加固方案主要可通过一下几点进行:增加腹板的厚度;横向单室改为多室;改进材料,采用高标号混凝土。增加上翼缘板的厚度;加大腹板的中心距离;加设横隔板;竖向单室改为多室。最终确保铁路既有桥梁的各项指标包括横向振动、竖向振动、相关系数、竖向挠度等明显低于《检规》参考限值,梁的横向刚度、竖向刚度、整体工作性能良好,并有一定的安全储备,能够满足列车提速后对梁整体稳定性和横向刚度要求。桥梁的横向水平和垂直振动自振频率都有所提高,满足铁路提速的需求。
2.2纵向加固
铁路提速后,对桥梁纵向力传递影响最大的因素有两个:一是道床的纵向位移阻力规律及位移阻力系数,二是桥梁下部结构的纵向水平刚度(简称下部结构刚度)。本文主要从狭义的角度来研究和论证线桥相互作用关系,即桥轨之问的连接单元一道床,在传递纵向力时所表现的力学行为。德国的纵向力传递装置在其高速铁路桥梁上进行了试用,我国的产品处于实验室试验阶段;日本、法国和韩国在修建高速铁路时也研究设里了纵向力传递装里。纵向力传递装置所起的主要作用是将短期存在的制动和启动荷载传向桥台,而对温度引起的位移不起作用。www.tmgc8.com
铁路提速,列车运行引起的纵向力主要包括牵引力和制动力,牵引力产生于与粘着重量相关的动轮,列车起动时产生牵引力,列车制动时产生单个车体的牵引力数值比单个车体的制动力大。但因只有机车才有牵引力,故从全列车的总体效应看牵引力比制动力小。
列车制动主要通过舱轨间的摩擦与粘着实现,按刚体平面运动学的分析。沿钢轨自由滚动的车轮,具有不断变化的转动中心,车轮和钢轨的各个接触点在它们接触的瞬间是没有相对运动的,轮轨之间的纵向水平力就是物理学上所说的静摩擦力。影响粘着系数的因素主要有两个:一个是车轮和钢轨的表面状况,另一个是列车运行速度。表面状况包括表面粗糙度、潮湿或干燥、是否生锈、是否清洁等。随着制动过程中列车速度的降低,冲击和振动及伴随而来的纵向和横向的少量滑动都逐渐减弱,因而粘着系数逐渐增大。受粘着限制的动力制动是让机车或动车的车轮带动其动力传动装置,使它产生逆作用。从而消耗列车动能,产生制动作用,液力传动内燃机车的液力制动,电传动内燃机车、电力机车和电动车组的电阻制动,电力机车和电动车组的再生制动等。都属于动力制动的范畴。
铁路桥梁纵向力还受到常用制动和紧急制动和运行阻力几方面的影响。常用制动是指正常情况下为调控列车速度或进站停车所实施的制动,其作用较缓和,而制动力可以调节,多数情况下,只用列车制动能力的50%左右。紧急制动是指紧急情况下为使列车尽快停住而实行的制动,它不仅用上了列车全部制动能力,而且作用比较迅猛。运行阻力包括基本运行阻力和附加阻力。基本阻力是列车在运行中任何情况下都存在的阻力,它包括由轴承摩擦产生的机车车辆运行阻力、车轮在钢轨上滚动所产生的机车车辆运行阻力、车轮与钢轨的滑动摩擦所产生的机车车辆运行阻力、冲击和振动阻力、空气阻力。(空气阻力正比于速度的平方,高速时,列车基本阻力以空气阻力为主),附加阻力是列车在运行中个别情况下存在的阻力,包括坡道附加阻力、曲线附加阻力、隧道附加空气阻力等。
解决铁路纵向加固问题,主要从以下两个方面展开:加固铁路结构上的刚度,是提高火车本身性能。比如修改定型设计,或者通过对纵向预应力钢束的合理布置,以提供和提高梁的斜截面强度,以保证各个截面的正截面强度。确保安全,提高乘客舒适度。由于纵向预应力对各截面应力状态的影响程度及其规律并不完全一致,设计时应给予充分重视。纵向预应力设计是预应力混凝土连续梁桥的核心问题,对既有铁路桥梁纵向加固,也是需要严肃重视的一个问题。除了对各控制截面进行应力验算外,还应做好对纵向预应力钢束布束方案的优化和比较。
