高架桥30m简支混凝土箱梁上晃车原因分析

黄 铭 中国铁路上海局集团有限公司工务部

1 桥梁概况

该处均为高架桥区段，高架桥累计长度16.76 km，采用混凝土连续梁或简支梁结构，连续梁采用盆式橡胶支座，简支梁采用板式橡胶支座。

本次选择桥梁结构型式基本相同的两个区段进行对比测试，均为直线地段，区段一为晃车最严重区段（247#墩～249#墩区段），区段二为行车正常区段（139#墩～141#墩区段），两区段上部结构均为2孔30 m简支混凝土箱梁，桥墩技术资料见表1。对该两个区段桥梁结构进行了动态测试。

表1 桥墩技术资料

2 测试原因及目的

据设备管理单位反映，高架桥区段车辆行驶过程中多处晃车，旅客反映晃车剧烈。设备管理部门利用添乘仪对车辆晃动情况进行测试，证实全线多处存在横向加速度严重超限的情况。为消除线路晃车病害，设备管理部门加强线路的养护力度，但晃车现象依旧未能改观。为此，设备管理部门开始从桥梁结构方面探寻可能存在的原因。

为从桥梁结构方面探寻可能引起晃车的原因，提出对晃车最严重区段及行车正常区段的桥梁结构进行对比测试，对列车通过时可能引起晃车的桥梁结构各部位进行动态检测，评判桥梁结构状况是否符合相关规范的要求，并通过对比两区段的测试结果探寻可能引起晃车的原因。

3 检定依据

（1）铁道部《铁路技术管理规程》。

（2）铁道部《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1－2005。

（3）铁道部《铁路桥梁检定规范》铁运函〔2004〕120号。

（4）铁道部《铁路桥隧建筑物大修维修规则》铁运〔2006〕82号。

4 测试内容及测点布设

测试内容包括状态检查和动载试验。

4.1 状态检查

桥梁状态检查主要对简支箱梁的外观、支座状态、梁端横向抗震限位装置等项目进行检查。

（1）梁体外观检查；

（2）板式橡胶支座状态；

（3）横向限位装置状态；

（4）桥墩状态检查；

（5）其他附属设施状态检查。

4.2 动载试验

本次动载试验利用正常运行列车作为动载试验荷载，对梁体、桥墩的横、竖向振动和板式橡胶支座的横向动位移及竖向压缩量进行测试，据以判断桥梁结构在动载作用下的工作状态。

4.2.1 测试内容

（1）对30 m预应力箱梁的横向振动进行测试；

（2）对30 m预应力箱梁的竖向振动进行测试；

（3）对30 m预应力箱梁的竖、横向自振特性进行测试；

（4）对30 m预应力箱梁支座位置梁、墩的横向相对动位移进行测试；

（5）对板式橡胶支座竖向压缩量进行测试；

（6）对墩顶横向振幅进行测试。

4.2.2 测点布设

测点布设如图1所示。

图1 测点布设图

5 状态检查结果

经检查：

（1）两区段梁体结构完好，梁体未见明显裂缝；

（2）晃车严重区段（247#墩～249#墩）板式橡胶支座及抗震限位装置钢板锈蚀严重，行车正常区段（139#墩～141#墩）支座及抗震限位装置未见明显异常；

（3）两区段桥墩结构完好，未见明显结构病害。

图2 行车正常区段（139#墩～141#墩）橡胶支座及抗震限位装置

6 动载试验结果分析

动载试验利用正常运行列车进行，晃车严重区段（247#墩～249#墩）共测得运行列车102趟，行车正常区段（139#墩～141#墩）共测得运行列车109趟，通过对所有测次测试结果进行数理统计分析而得到动载试验分析结果。

6.1 两区段横向振动测试结果对比分析

在正常运行列车作用下，对两个区段梁体和桥墩的横向振动进行了测试，由实测结果分析可得：

（1）实测两个区段梁体跨中最大横向振幅分别为0.683 mm（行车正常区段）、0.870 mm（晃车严重区段），均满足《桥检规》行车安全限值3.333 mm的要求，实测两个区段桥墩墩顶最大横向振幅分别为0.220 mm（行车正常区段）、0.298 mm（晃车严重区段），均满足《桥检规》墩顶横向振幅通常值的要求，表明该处30 m混凝土箱梁及桥墩的横向刚度良好，满足《桥检规》要求，能够保证过路列车的安全运行。

（2）实测晃车严重区段梁体、桥墩的横向振幅及梁体跨中横向加速度均普遍大于正常行车区段，这与设备管理单位反映的晃车现象相一致。

（3）实测两区段梁体横向自振频率均小于《桥检规》横向最低自振频率3.0 Hz的要求，这是因为该处桥梁采用板式橡胶支座，梁端横向约束较弱所致。

6.2 两区段竖向振动测试结果分析

在正常运行列车作用下，对两个区段梁体跨中竖向振动进行了测试，实测行车正常区段第140、141孔梁梁跨中竖向振幅最大值分别为0.076 mm、0.078 mm，晃车严重区段第248、249孔梁梁跨中竖向振幅最大值分别为0.079 mm、0.084 mm，两区段梁体跨中竖向加速度均为0.092 m/s2。

由实测结果分析可知：

实测两区段梁体跨中竖向振幅、加速度统计平均值无明显差异，表明两区段梁体的竖向刚度基本一致，梁体的竖向振动不会引起晃车。

6.3 两区段梁端相对桥墩横向位移测试结果对比分析

在正常运行列车作用下，对第140、248孔梁梁端相对桥墩的横向位移进行了测试，实测梁端横向相对位移对比见表2。

表2 实测梁端横向相对位移汇总表

由实测结果分析可得：

（1）实测晃车严重区段第248孔梁梁端横向相对位移均明显大于行车正常区段第140孔梁梁端横向相对位移，这与梁端横向振幅测试结果相一致；

（2）晃车严重区段第248孔梁梁端横向相对位移呈现上行列车大于下行列车、闵行端大于莘庄端的现象。实测上行列车通过时第248孔梁闵行端横向相对位移统计平均值为0.31 mm，上下行交会通过时实测最大值为0.47 mm，表明该支座的横向限位较第140孔效果明显偏弱。

6.4 两区段橡胶支座竖向压缩量测试结果对比分析

在正常运行列车作用下，对第140、248孔梁板式橡胶支座竖向压缩量进行了测试，实测橡胶支座竖向平均压缩量对比见表3。

观察表3实测橡胶支座竖向平均压缩量可知：

行车正常区段第140孔梁各橡胶支座实测竖向平均压缩量较为均衡，上下行列车通过时左右侧平均压缩量和梁端横向扭转引起的竖向位移基本一致。正常情况下，列车通过时，由于左右侧偏载的缘故，左右侧橡胶支座承受的压力并不相同，导致两侧支座产生不同的竖向位移量，梁体端部会产生扭转。而由于桥上线路的线间距为3.30 m，大于左右侧支座中心距2.4 m，致使列车通过时左右侧严重偏心，与恒载作用下相比，列车通过侧支座中心处梁体下降，而另一侧（左或右）支座中心处梁体上升，呈现“反翘”现象。

晃车严重区段第248孔梁各橡胶支座实测竖向平均压缩量则存在明显差异，上下行列车通过时左右侧平均压缩量基本一致，而梁端横向扭转引起的竖向位移偏差较大。上行列车通过时莘庄端下行侧支座、下行列车通过时闵行端上行侧支座实测平均压缩量均基本为零，与恒载作用下相比，未加载侧支座未出现“反翘”现象，梁端横向扭转引起的竖向位移明显偏小，这是由于该两处支座位置较低所致（图3）。这也与梁端横向相对位移实测结果分布规律相一致。

表3 实测橡胶支座竖向平均压缩量汇总表

图3 第248孔梁支座高低位置示意图

7 结论

（1）测试区段桥梁结构除晃车严重区段支座钢板严重锈蚀外未见明显结构病害。

（2）实测两个区段梁体跨中最大横向振幅均满足《桥检规》行车安全限值要求，实测两个区段桥墩墩顶横向最大振幅均满足《桥检规》墩顶横向振幅通常值的要求，表明该处30m预应力混凝土箱梁及桥墩的横向刚度良好，满足《桥检规》要求，能够保证过路列车的安全运行。

（3）实测两区段梁体跨中竖向振幅、加速度统计平均值无明显差异，表明两区段梁体的竖向刚度基本一致。

（4）实测晃车严重区段梁体、桥墩的横向振幅及梁体跨中横向加速度均普遍大于正常行车区段，这与设备管理单位反映的晃车现象相一致。

（5）实测晃车严重区段第248孔梁梁端横向相对位移均明显大于行车正常区段第140孔梁梁端横向相对位移，这与梁端横向振幅测试结果相一致；晃车严重区段第248孔梁梁端横向相对位移呈现上行列车大于下行列车、闵行端大于莘庄端的现象，支座的横向限位较第140孔梁效果明显偏弱。

（6）由实测橡胶支座竖向平均压缩量可知：行车正常区段第140孔梁各橡胶支座实测竖向平均压缩量较为均衡，而晃车严重区段第248孔梁各橡胶支座实测竖向平均压缩量则存在明显差异，这是由于该孔梁对角支座位置较低所致，这也与梁端横向相对位移实测结果分布规律相一致。

（7）由于该处绝大部分为高架桥区段，上下行线间距大于梁跨结构橡胶支座横向中心距，列车通过时梁体承受较大的偏心荷载，梁端产生横向扭转。若相邻两孔梁的梁端横向扭转基本相同，则列车可平顺通过；而如果由于部分梁体支座安装位置略有高低，列车通过时橡胶支座受力不均衡，相邻两孔梁的梁端横向扭转产生较大变化，则可引起左右轨轨面高低变化，从而影响列车平稳运行。

（8）鉴于实测部分支座的横向限位效果差异明显，建议选择晃车严重区段梁跨作为试验对象，利用抗震限位装置加强梁端横向限位，观察其对减小晃车的实际效果。