铁路桥梁病害分析与改造加固设计

张有科

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得巨大进步，但同时一部分既有桥梁已经不能满足要求，既有线路不能满足提速后的行车安全等问题，文章分析了现有铁路桥梁病害，并提出了相关改造与加固措施。

关键词：铁路桥梁病害分析；铁路交通；改造加固

中图分类号：U445文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）07-0163-02

一、铁路桥梁现状

铁路是推进我国城镇建设的重要基础设施，我国人口众多、幅员辽阔，这种国情决定了中长距离客货运量要求巨大，需要大力发展铁路，同时也能加快我国工业化发展进程。此外，根据我国土地资源和能源的实际情况，发展铁路这种占地少、能耗低的交通方式，对于国民经济的发展具有重要意义。

铁路提速到时速200公里，可以加快城际和区域间交流，在人流、物流方面发挥重要作用，随着速度和服务质量的提高，可以诱发各种新的潜在需求，从而促进国民经济的发展。

针对铁路提速，铁路部门建立健全六大安全保障体系，包括：科学的检测监控体系、设备维修体系、规章制度体系、应急预案体系、治安防控体系和沿线安全防护体系。但是由于原先设计或者材料适用不当等原因，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12、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，采用最多的是16、24、32m普高梁和低高度梁。该系列梁型为单线铁路横向2片T梁形式，此种梁型横向联结较弱。不能满足铁路提速的要求。

二、既有铁路梁桥存在问题分析及加固措施

（一）横向加固

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以下双片式并置梁一般增设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的无黏结钢绞线，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。

（二）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。

三、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置了纵向力传递装置。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。

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部署方案的优化和比较。

四、结语

中国铁路提速后，原来时速120km/h老梁现在要改造为能适应200公里时速列车运行，但是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。本文主要介绍了既有铁路桥梁的现状、特点，结合自身特点，从横向和纵向两方面分析其面临的问题和改造加固的方法。

参考文献

[1]高建敏，翟婉明，蔡成标．提速铁路桥梁横向振动异常探讨及加固技术[J]．铁道建筑，2006．

[2]徐学．既有客货共线铁路提速200km/h桥梁相关技术对策[J]．铁道建筑，2006．

[3]张文敏，彭岚平．既有线提速钢桁梁加固设计与测试[J]．铁道标准设计，2004．