公铁两用平弦连续钢桁梁桥运营性能试验研究

郑德馨

铁正检测科技有限公司，山东 济南 250014

摘 要：由于公铁两用大桥同时承受来自公路和铁路的荷载,其受力比其他桥梁更为复杂。某公铁两用大桥已运营10年，通过对桥梁的外观检查发现其已存在很多劣化病害，为掌握该桥梁结构现阶段的受力性能，对该桥梁结构进行正常运营列车作用下的运营性能试验。结果验证该桥跨结构在正常运行车列荷载作用下,具有足够横桥向和竖桥向的刚度,满足桥跨结构建设初期设计荷载的要求。本桥梁的试验和研究成果可供其他公铁桥的研究作参考。

关键词：公铁两用大桥；平弦连续钢桁梁桥；运营性能试验

中图分类号：U24 文献标识码：A

1^ 引言

钢桁梁桥的桥跨结构是由两个以上平面内的刚桁架结构组成的空间结构体系，与混凝土桥梁相比较，钢桁梁桥具有线形美观，刚度大，跨越能力强，钢结构制造、运输、安装方便等优点。关于这种桥梁的运营性能特性并没有多少相关资料可以提供足够的信息，因此，对这样的桥型进行运营性能分析是非常有必要的。通过MIDAS有限元建模分析以及根据相关规范计算的各项运营性能参数，与实际公铁两用桥的实测值进行比较，更为真实地揭示出桥梁结构在正常通行车列下的受力特性，综合分析桥梁的运营性能，对桥梁的健康安全运行以及后期针对性维养都具有较强的指导作用。

2 工程概况

某公铁两用桥钢结构主桥共有五跨，桥梁采用平弦连续形式的钢桁梁结构，边跨跨度为120m，中跨跨度为180m，桥梁全长781m，上层结构为公路行车，下层结构为铁路行车。桥梁结构采用拼装结构。

3 动载试验

3.1 试验内容

参照桥检规^[1]，并借鉴欧洲公铁桥梁运营性能评价的相关规范,对可能对桥梁运营性能产生影响的各项动力性能参数进行试验比较分析，本次试验的检测参数主要有：控制截面桥跨结构的竖桥向、横桥向振动幅值及控制截面桥跨结构的加速度、桥梁桥墩顶面横桥向振动幅值进行试验分析研究,依据国内外相关规范对桥梁的横桥向刚度做出正常行车条件下的性能评估^[3]。

3.2 测点布置

桥梁运营性能试验测试截面测试点位布置图如图1所示。

图1 运营性能试验测试点布置图

3.3 测试工况

本次铁路主桥运营性能试验是借助正常通行的列车采集动载试验数据，共分3个工况，工况信息如表1：

表1 铁路主桥运营性能试验工况

3.4 试验结果

（1）测试截面横桥向振动幅值测试结果。

表2 测试截面横桥向振动幅值测试结果表

图2 梁体横桥向振动幅值测试图

正常行驶车列作用下，实测主桥第一跨~第三跨测试截面横桥向振动幅值最大值分别为0.884mm，0.781mm，2.183mm，满足桥检规所规定的横桥向刚度通常值5.00mm（120m跨）和7.4mm（180m跨）的要求，也满足横桥向振动幅值安全限值9.60mm（120m跨）和10.60mm（180m跨）的要求。

2. 
   

3. 测试截面竖向振动幅值测试结果。

表3 测试截面竖向振动幅值测试结果表

图3 梁体测试截面竖向振动幅值测试图

正常行驶车列作用下，实测主桥第一跨~第三跨测试截面竖向振动幅值最大值分别为1.018mm，0.810mm，1.238mm，现行桥检规对连续钢桁梁测试截面竖向振动幅值未做规定，现场实测车列通过时的竖向振动幅值均较小。

2. 
   

3. 桥墩顶面横桥向振动幅值测试结果

表4 桥墩顶面横桥向振动幅值测试结果表

图4 桥墩顶面横桥向振动幅值测试参数时程曲线

正常行驶车列作用下，实测主桥0#墩~3#墩桥墩顶面横桥向振动幅值最大值分别为0.053mm，0.038mm，0.037mm，0.062mm，满足桥检规所规定的桥墩顶面横桥向刚度通常值的要求。

4. 
   

5. 测试截面横桥向及竖桥向加速度测试结果

表5 测试截面横桥向及竖桥向加速度测试结果表

图5 测试截面横桥向加速度40Hz滤波测试图

图6 测试截面竖桥向加速度20Hz滤波测试图

1）测试截面横桥向加速度

正常行驶车列作用下，实测主桥第一跨~第三跨测试截面横桥向加速度按40Hz滤波得到的最大值分别为0.632m/s²，0.576m/s²，1.373m/s²，满足桥检规所规定的横桥向振动加速度值的要求(≤1.4m/s²）。

2）测试截面竖桥向加速度

正常行驶车列作用下，实测主桥第一跨~第三跨测试截面竖桥向加速度按20Hz滤波得到的最大值分别为0.965m/s²，0.563m/s²，0.676m/s²，因为桥检规中并没有对桥跨结构竖桥向的加速度有要求，所以参考“客货共线设计暂行规定”中关于竖桥向加速度的有关要求：“桥面振动频率≤20Hz的桥跨结构竖桥向加速度≤0.35g”，并查阅参考欧洲有关规范的要求:明桥面的桥跨结构控制截面的竖桥向加速度满足小于5m/s²，通过对比本次试验所采集到的桥跨结构控制截面竖桥向加速度最大值均不大于以上规范要求。

3 模态试验

试验时在公路桥面和铁路桥面分批次布设拾振器，采集数据时封闭公路和铁路的通行，通过采集完的数据分析，得出桥梁结构的振动模型、各阶频率等。

表6 桥跨结构振动特性对比表

（a）桥跨结构第1阶振动形式

（b）桥跨结构第6阶振动形式

图7 桥跨结构理论计算振动形式

（a）桥跨结构第1阶振动形式

（b）桥跨结构6阶振动形式

图8 桥跨结构实测采集振动形式

通过分析可知：第1阶对称横向弯曲弯扭的实测采集基频0.563Hz，略小于理论计算值；2、6、7阶的实测采集频率均大于理论计算值。

5 结论

通过对主桥各跨的动载试验，在测试数据与桥检规所规定限值、欧洲相关规范及理论计算比较的基础上，得到如下结论^[2-6]：

（1）主桥桥跨结构的测试截面横桥向振动幅值、测试截面横桥向加速度、测试截面竖桥向加速度、桥墩墩顶面横桥向振动幅值等参数均满足桥检规所规定限值的要求。

（2）主桥第1阶对称横向弯曲弯扭的实测基频略小于理论计算值。虽然桥跨结构的横桥向基频与桥梁的横桥向刚度成正比，但公铁桥桥梁横桥向基频小于理论计算基频，并不能说明列车通过时就会发生较大幅度的横桥向振动。通过查阅国内外相类似公铁两用桥梁的资料可知,桥梁结构发生较大幅度的振动除与桥梁自身的动力性能有关系外，还与周围环境激励的幅频特性有关系，也就意味着公铁桥梁的横桥向振动特性除与桥梁本身的横桥向动力性能相关外，还可能与正常运营列车的车辆的特性、车列通过桥梁结构时的运行速度、车列的蛇行运动、桥上桥面纵桥向的坡度，以及各种影响因素之间的相互关系等因素有关系。

（3）公铁两用桥的发展越来越迅速，跨度越来越大，速度越来越高，给安全行车提出了新的要求，但是现行的规范标准确还不能完全涵盖这种桥梁的评判，所以急切需要制定符合这类桥型的评判规范标准。

参考文献

[1] 中华人民共和国铁道部.铁路桥梁检定规范[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[2] 秦照付.公铁两用连续钢桁梁桥荷载试验研究[J].现代交通技术,2013,10(04):32-35.

[3] 朱梦龙,张媛,郭翔,Uzdin Alexander Moiseevich,王海滨,管友海.列车荷载作用下钢桁梁桥振动响应分析[J].青岛大学学报(工程技术版),2016,31(03):95-100.DOI:10.13306/j.1006-9798.2016.03.019.

[4] 刘兴文.某下承式钢桁梁桥荷载试验及分析[J].公路交通技术,2015(04):116-118.DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2015.04.024.

[5] 李保龙.重载铁路小跨度桥梁换梁施工及运营性能测试分析[J].铁道建筑,2019,59(03):14-17.

[6] 姚京川.高速铁路常用跨简支箱梁运营性能检定[J].中国铁道科学,2017,38(02):34-41.

.

附：作者简介（投稿时要有，不要删，且信息要填全）

来稿请附作者的个人资料（见下表），地址邮编（寄论文期刊用）要详细，手机号一定要有。

作者简介表

注：本刊按惯例是平邮刊物的，若作者需要单独快递刊物（评职称或其他时间原因），请您注明“快递到付”并支付快递费。

收稿日期： 年-月-日

作者简介：郑德馨（1986—），工程师，主要从事桥梁检测和技术开发工作

基金项目：

5 / 5