宣杭铁路埭溪桥钢板梁加固施工技术

宋飞 上海铁路局工务处

宣杭铁路埭溪桥钢板梁加固施工技术

宋飞 上海铁路局工务处

针对铁路既有线下承式钢板梁纵横梁联接处普遍存在的纵梁腹板裂纹病害，结合宣杭铁路埭溪桥钢板梁加固工程，分析得出该处裂纹是由于设计构造细节上的缺陷以及局部应力集中等多种因素引起的疲劳裂纹。通过提高纵梁端部腹板的强度，在纵横梁联接部位栓接角钢的加固方案，改变纵梁的内力分布，改善纵梁的应力水平，提高钢桥的承载能力，并在此基础上，提出加固施工要点，可为同类病害桥梁加固设计与施工提供参考。

下承式；钢板梁；裂纹；加固；疲劳

随着铁路的发展，列车开行数量和载重量的不断增加，高频次、重荷载列车的反复作用引起了钢桥疲劳累积损伤，影响了钢桥的承载能力。目前，我局管辖范围内24条既有线路上120余孔在役铁路下承钢板梁中，纵横梁联接处、纵梁腹板上切口处普遍存在疲劳裂纹，削弱了主构件（纵梁）断面，对结构安全构成威胁，因此急需研究和推广有效的整治方案，确保铁路行车安全。本文结合宣杭铁路埭溪桥32m下承式钢板梁的加固工程，对此类病害的整治技术进行了研究和探讨。

1 工程概况

宣杭铁路埭溪桥由2-Lp=16.0m普通钢筋混凝土π形梁+2-Lp=32.0m下承式铆焊钢板梁组成，其中第3、4孔钢板梁纵梁中心距2.0m，纵梁高2.56m，钢板梁定型图号：肆桥竣(86)-002，设计荷载：中-22级，支座为圆柱面钢支座；桥面为P60无缝线路，单线，曲线。线路运营速度为120km/h，于1971年建成并投入运营，钢梁全景图如图1所示。

图1 下承式钢板梁全景图

2 病害情况及成因分析

2.1 病害情况

检查发现该桥两孔钢梁在纵横梁联接处、纵梁腹板端部上切口出现多处裂纹，裂纹最长者达20mm（如图2所示）。

图2 纵横梁联接处裂纹

2.2 成因分析

疲劳是造成桥梁损伤，影响桥梁使用年限的主要因素。对于该桥纵横梁联接处、纵梁腹板端部疲劳裂纹的成因可归纳为以下四个方面：

2.2.1 构造设计细节

结构构造缺口引起的应力集中。纵横梁联接处、纵梁腹板上切口的突然变化，引起构件沿传力途径的截面变化，形成应力集中。疲劳对缺口十分敏感，缺口部位应力集中严重，会加快疲劳破坏的裂纹萌生和扩展。下承式钢板梁的纵横梁体系可以简单看作连续纵梁弹性支承于各横梁上，因此在靠近横梁处的纵梁截面受负弯矩的作用，在该弯矩作用下，切口处受到很大的拉应力。

2.2.2 列车提速影响

铁路实行提速后，列车以较高的速度冲击桥梁，桥梁上的动力作用将会加剧，尤其是中小跨度的桥梁，提速后冲击系数会有较大幅度的提高，应力幅增加的幅度同样会较大。另外铁路运量的不断增加使得构件断面处应力循环次数n不断增大。因此，在荷载反复作用下很容易引起钢桥的疲劳累积损伤，对钢桥的承载能力产生不利影响。

2.2.3 纵梁、横梁变形的差引起次应力

疲劳裂纹可分为因主应力引起的疲劳和因次应力引起的疲劳。铁路桥梁设计规定采用的疲劳验算方法，已经可以避免因主应力使疲劳裂纹发生的情况，而设计中很难计算次应力，所以基本未做疲劳检验，以致纵梁、横梁变形的差引起次应力。

一是由于设计时没有考虑到纵、横梁之间相互作用而产生的钢桥腹板的面外变形，这种现象多出现在纵横梁联接处。二是纵梁腹板的呼吸疲劳，当纵梁腹板的长宽比、高厚比超过一定限度时，在大于屈曲荷载的面内的荷载作用之下，腹板将会产生更宽的面外位移，而这个面外位移又将反过来在焊接板的边缘形成较高的弯曲应力。长此以往，在重复荷载的作用下，将产生疲劳裂纹，最终使得钢结构提前失去效应。

2.2.4 焊接工艺的影响

热影响区的材性变化，焊接工艺上的缺陷（例如夹渣、气孔、裂纹和未焊透等），常会产生较大的应力集中，从而降低连接的疲劳强度。纵梁腹板与上翼缘焊接区域产生的残余应力将会引起结构的附加应力。

3 加固方案

疲劳裂纹的产生，削弱了纵梁断面，因此，通过提高纵梁端部腹板的强度来改变纵梁的内力分布，改善纵梁的应力水平是解决此类病害的有效途径。综合以上分析，设计提出采用高强度螺栓拼接角钢加固方案：

（1）纵梁端部腹板增设502×8×480（mm）钢板，增大腹板断面。在纵横梁连接部位采用角钢160×152×10（mm）栓接，加强连接刚度（如图3所示）。

（2）设置止裂孔。在裂纹尖端设止裂孔，减小应力集中，阻止裂纹重新萌生与扩展。

图3 加固设计图

4 加固施工

4.1 工艺流程

放样--材料加工及制作--钢梁表面除漆除锈--涂装无机环氧富锌漆--安装P1杆件--拆除既有铆钉--安装P2杆件--高强度螺栓安装--油漆涂装。加固后实景图如图4所示。

图4 加固后实景图

4.2 施工技术要点

（1）安装P1板。安装前在纵梁上进行放样。拼装P1板以前，在主梁翼缘板下预先钻φ4mm止裂孔，然后用高强螺栓逐个进行临时连接。

（2）拆除既有铆钉，安装P2角钢。将既有横梁上的铆钉逐个更换为精制螺栓，精制螺栓长度根据现场实测进行加工。更换时需将原Φ23mm铆钉孔扩成Φ24mm栓孔。由于原有部分铆钉使用时间较长，部分卡死，冲去铆钉头后无法从孔内冲出，此时采用电动钻头套钻，将铆钉钻空后用冲子冲击，铆钉可顺利取出。

（3）严格按照《铁路高强度螺栓连接施工规定》（TBJ214-92）进行操作，禁止漏拧、欠拧、超拧。螺栓拧紧后，用0.3 mm的塞尺检查杆件之间的缝隙，塞尺插入的深度不得大于20mm。当缝隙在1～3（mm）时，则将板的一侧磨成1:10的斜坡，使间隙小于1（mm），用砂轮磨时，使砂轮打磨方向与受力方向垂直；当缝隙大于3mm时，在缝隙内填入钢板，钢板上涂环氧富锌底漆，杆件拼装好之后，杆件之间的缝隙采用滑石粉和油漆拌和成腻子进行腻缝，最后加固杆件均须采用钢梁第七套涂装体系进行涂装，以防缝隙渗水，造成杆件及高强度螺栓生锈，影响使用寿命。

5 结语

（1）该桥加固后运营至今已近两年时间，加固效果良好，阻止了裂纹重新萌生与扩展，延长了钢桥的使用寿命，达到了预期效果，对我局既有线同类桥梁的病害整治起到一定借鉴作用。

（2）建议在日常维修养护工作中特别注意检查发现裂纹，根据裂纹发生的不同部位，进行观测监视，对于发生在主要受力部位的严重裂纹，应及时予以加固整治。

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责任编辑：万宝安

来稿日期：2014-12-04