既有铁路轻型墩桥梁安全性分析

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1、既有铁路轻型墩桥梁的安全性探讨陈学民（济南铁路局工务处，山东济南，250001）摘要：根据轻型墩桥梁的实测振动波形，分析了墩、梁、桥枕横向振动特性及耦合关系，结合桥上线路轨道静、动态技术指标，提出了既有铁路轻型墩桥梁能否安全运营的判别方法，为类似桥梁的安全性诊断提供参考。关键词：轻型墩桥梁安全1问题的提出自二十世纪八十年代以来，我国铁路系统在中小跨度桥梁建设中使用了较多圆柱、矩形、刚架式、H形以及薄壁空心墩等轻型、美观的桥墩。到二十世纪九十年代后期铁路既有线提速、重载不断深入，这些轻型墩桥梁在运营过程中常常因为横向晃动较大等现象而造成桥墩加固、列车限速等问题，而《铁

2、路桥梁检定规范》（简称《检规》）未就轻型墩桥梁的运营提出明确的安全使用限值[1]。鉴于桥墩横向刚度主要影响桥跨结构的横向振动，为此我们进行了多座轻型墩桥梁的横向振动试验，认真分析了轻型墩桥梁的动力特性，结合桥上线路轨道技术指标，综合判断桥梁技术状态，为类似桥梁的技术状态评定提供参考。2典型桥梁京沪线K533+611葛家河大桥，上部结构为19孔32m预应力混凝土梁，桥墩横断面为圆形，墩全高在19.1～27.1m范围内变化（详见表1），桥墩基础全部为明挖扩大基础，桥址处地质主要为圆砾土、花岗片麻岩等。该桥的运营情况为：运营列车通过桥上线路时行驶较平稳，司机未反映列车晃动

3、严重，工务维护人员在检查设备时感觉桥墩、梁体晃动较大。为了解轻型墩桥梁运营的安全性及横向振动特点，试验对5个较高的桥墩及相应4孔梁布置了横向振动测点，实测了60余列通过货车作用下的各测点时域波形，速度在55~78km/h间，测试资料见表2、图1。葛家河大桥的墩高表1单位（m）墩号12～345～10111213141516～1718墩高19.121.125.127.126.126.827.125.124.123.124.13试验资料分析7实测横向振动特征值表2孔别测点号梁体跨度（m）实测梁跨中最大振幅(mm)《检规》安全限值mm梁墩耦合余振频率(Hz)桥墩号测点号桥墩

4、高（m）实测墩顶横向最大振幅(mm)墩顶横向振幅通常值mm64323.823.561.975327.12.781.3776324.843.561.956527.13.541.3488323.793.561.867727.13.231.33911324.243.561.878927.13.371.3391427.12.991.333.1实际运营情况：该桥自1994年建成以来一直正常运营，仅现场维护人员感觉桥梁晃动较大。图1是货车以74.8km/h的速度通过桥梁时的各测点横向振动时域波形。由图可见，桥梁、桥墩横向振动波形圆顺，无低频波、二次波、偏振等不良波形，说明桥跨结

5、构弹性工作状态良好，没有结构上病害。3.2根据《检规》评定：根据一般桥梁相关规定：实测5个墩顶的最大横向振幅值均大于《检规》规定的通常值；实测4孔梁的最大横向振幅值均大于《检规》规定的行车安全限值；实测桥跨结构横向自振频率为1.97~1.86hz，小于《检规》提出的，为了保证空载货车（或混编货车）车速≤60km/h通过时抗脱轨的安全度，桥跨结构横向自振频率值不宜小于2.50hz的要求。根据《检规》，为确保运输安全，需加固桥墩。图1各测点横向振动时域波形图3.3根据桥梁横向振动对轨道结构平顺性影响进行评定⑴从60余次实测时域波形可见，当激振力频率与桥跨结构有载自振频率

6、相差较大、同一特性的激振力持续时间较短时，测点的振幅值较小时，其相邻测点的振动关联性较小，各测点的相位有时相差较大，测点同一特性的时域波形衰减很快，不至于引起相邻梁跨的同振型振动。当激振力频率接近梁跨有载耦合自振频率、且持续时间较长时，梁体跨中横向振动产生拍振，此时至少有1邻孔梁的横向振动相位、波形与其基本一致7；由桥梁横向振动引起的桥上线路轨道方向变化的基长达2孔梁长以上。⑵由图1可见，当波形记录到33.872s时，第7孔梁的跨中横向振幅达到最大值4.54mm，此刻第6、7孔梁跨中、第6、7#墩顶横向振动波形的相位基本一致；第5#墩顶、第8孔梁跨中横向振动波形的相

7、位与其比略有偏差，但振动方向一致；第9孔梁、第8#、9#墩已向相反方向横向振动；此刻从第5#墩到第8孔梁的墩、梁向同一方向横向振动，相应的桥上线路在接近3孔梁跨长度范围内产生同一方向的变位，线路横向动态挠曲小于0.7/10000。当波形记录到34.24s时刻，第7孔桥梁跨中横向振动达到负的最大值4.84mm，此时，第7孔梁跨中、第6、7#墩顶横向振动波形的相位基本一致，第6、8孔梁跨中横向振动波形的相位与其比略有偏差，但振动方向一致；第5#、8#墩顶横向振动已接近0点位置，第9孔梁、第9#墩的已向相反方向横向振动；此刻从第5#墩到第8号墩的墩、梁向同一方向横向振