永煤矿区铁路桥梁横向振幅超限整治技术研究

摘要:文章结合了永煤矿区铁路桥梁在运营过程中的实际情况，针对矿区铁路横向振幅超限问题，全面分析了其形成原因，针对不同原因提出了切实可行的整治措施，不但为本矿区铁路桥梁的横向振幅超限问题的整治提供了技术指导，也为其他矿区具有相似问题的铁路桥梁的维护和整修提供了理论依据。

关键字:铁路桥梁；横向振幅超限；整治

Abstract: This paper combines the actual situation of railway bridge permanent coal mining area in the process of operation, the overrun of transverse vibration problem of mine railway, a comprehensive analysis of the reasons, according to the different reasons and puts forward feasible measures, provide technical guidance not only for the mine railway bridge transverse amplitude overrun problem remediation, provide the theory also has railway bridge similar problems for other mining maintenance and renovation.

Key words: Railway Bridge; overrun of transverse vibration; treatment

中图分类号：U24 文献标识码：A 文章编号:

0 引言

随着永煤矿区对铁路运输依赖的不断提升，促使铁路车辆不断向提速和重载的方向发展，因此矿区铁路普遍存在超负荷运营情况，铁路桥梁也是长期处于疲劳状态，致使桥梁病害也在不断增多，而桥梁横向振幅超限表现的尤为突出。桥梁横向振幅超限使机车在桥梁上运行的稳定性大打折扣从而严重影响了机车运行的安全技术条件，降低了铁路运输能力，对人身安全和企业发展都是不利的。

1桥梁横向振幅超限的原因分析

说到铁路桥梁横向振幅超限，大多数人会把矛头指向桥梁，它的横向刚度不足不免会导致桥梁振幅过大。当然桥梁的横向刚度不足是最主要的，但绝不单单只是桥梁自身的原因，它是机车、桥梁( 包括桥梁的上部结构、墩台和基础) 及其线路整个系统共同作用的结果。

1.1转向架的蛇行运动。

转向架的蛇行运动是由于车轮踏面锥度造成的，转向架的蛇行运动主要以摇摆运动为主，是导致桥梁横向振动的最主要原因之一。如果机车的行驶速度达到蛇行运动失稳的临界速度后，机车与桥梁将出现大振幅的剧烈振动，必将对机车运行的稳定性产生巨大的影响。

1.2桥梁的横向刚度不足。

梁横向刚度不足最直接的体现就是横向振幅过大, 这是上承式钢板梁和并置而未加横向联结的钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土T 形梁横向振幅超限的最主要的原因。

1.3桥梁的抗扭刚度不足。

造成桥梁扭转变形过大的最根本的原因就是其桥梁本身的抗扭刚度不足，扭转变形对桥梁的横向振幅有放大作用, 并且会随着梁体高度的增加而加剧其影响效果。

1.4桥墩的横向刚度不足和桥墩基础不够稳固。

墩顶较大的横向位移会加剧桥梁的横向振动，而导致桥墩顶部产生较大的横向位移的原因主要是桥墩的横向刚度不足和桥墩基础不够稳固。

1.5路基病害导致的桥头线路不平顺。

路基的高低不平会直接导致桥头线路不平顺,桥头线路不平顺使机车产生横向和侧滚振动,机车带着横向和侧滚振动的加速度上桥必然加剧桥梁的横向振动, 对桥梁的横向振动起到推波助澜的作用。

1.6桥上线路及轨道的不平顺。

桥上线路及轨道的不平顺, 尤其是横向的不平顺, 直接加剧机车的横向振动和扭转振动, 机车的横向振动和扭转振动通过与桥梁耦合振动, 进一步加强了桥梁和机车的横向振动和扭转振动, 这对桥梁和机车都是极其不利的。

2 桥梁横向振幅超限的整治方法

鉴于以上导致桥梁横向振幅超限原因的独立性，因而需要对其做出有针对性的整治措施，以下是笔者结合实际情况，总结出的几种解决桥梁横向振幅超限的方案。

2.1并置梁加固技术方案

桥梁的横向刚度不足和抗扭刚度不足会导致桥梁横向振幅过大情况的发生，而对梁体进行加固来提高桥梁刚度是最直接最有效的整治方法。

2.1.1加固方案

梁体横向并置梁加固示意图如图2-1所示。为了有效的承受横向水平力及偏载作用，提高梁体的抗扭性能，需通过加固来实现两片主梁组成一个整体结构。横向加固方案为在既有桥梁的横隔板内施加预应力横向连接。首先搭设作业平台,在桥梁横隔板位置施钻预应力筋孔道,焊接、绑扎横隔板钢筋 ,安装波纹管及横向预应力筋,然后浇注横隔板混凝土,待混凝土达到设计强度的80%时 ,张拉预应力钢筋,最后进行管道压浆、封锚。

图2-1并置梁加固示意图

2.1.2预计效果

并置梁施工简单，只要按照规定的施工工艺程序实施，满足设计和规范文件的要求，便可以实现良好的加固、补强作用，并能很好地提高机车激励频率和桥梁负荷频共振的问题。根据国铁现有资料：对已进行的并置梁加固试验。加固前后分别对加固梁进行静、动载试验。测试结果表明，加固前两片梁的横向振动相位不一致，横向振幅超过规范中的要求，同时跨中梁下翼缘内、外侧应变差较大，最大超过40μm，因而应力相差不小，梁体呈明显的斜弯曲。用预应力筋进行并置梁加固后，两片梁的横向振动相位基本一致，横向振幅满足了规范要求。可见，桥梁横向整体性能明显改善，加固效果显著。由此可知，并置梁加固方案可有效地提高桥梁稳定性，消除桥梁横向振幅超限问题。

2.2双柱式桥墩增加横向刚度的技术方案

桥墩横向刚度最重要的两个指标分别为桥梁的横向自振频率和桥梁的横向振幅，针对以上指标，来选取最优方案设计，来达到加固目的。

2.2.1加固方案

如图2-2设计方案中主要内容有三部分：（1）两既有桥柱之间设置横向连接，增加双柱之间的刚性；（2）既有桥柱外侧设置钢筋混凝土斜撑，减少双柱扭转变形的程度；（3）在钢筋混凝土斜撑下增加基础，提高基础的承载力。当墩高≤4.5m时，采取（1）部分措施即可满足加固要求；当墩高＞4.5m时，则需同时采取（1）（2）（3）部分措施可满足加固桥梁的要求。

图2-2双柱式桥墩加固示意图

2.2.2预计实施后的效果

该加固方案在很好地避免既有桥墩结构不受损伤的同时，又可保障加固施工期间的设备安全，且加固工艺施工简便，技术合理，应该说是一种经济技术合理的方案。

2.3轨道结构的整治

道床厚度不足、道碴脏污的要补充道碴或清筛道床，需要拨正线路中心线的拨正，高低不良的要消除高低不良，对钢轨接头在桥梁墩台的，要通过调整钢轨长度错开墩台，减少接头对墩台的冲击。

2.4桥梁支座横向限位加固

对墩梁横向相对振动的约束不能单单依靠板式橡胶支座的缓冲作用，还应增设相应的横向限位装置，它能够有效的限制梁体与桥墩之间的横向相对运动，从而能够有效地抑制整个桥跨结构横向振动。

3 研究成果效果评价

通过对桥梁横向振幅各种可能原因及行对应的整治措施的综合研究，加深了对桥梁此类病害的认识，具有以下重要意义：

3.1明确了桥梁横向振幅产生的原因

通过研究，对永煤集团矿区铁路桥梁横向振幅问题产生的原因有了深入的认识，明确了线路、桥梁、机车车辆对桥梁横向振幅的综合作用，并从重筛选出线路、桥梁方面的原因是可以采取措施进行治理的，但机车车辆转向架及车辆蛇形运动导致的问题暂时无法采取措施加以消除，明确了问题治理的重点。

3.2理清了桥梁横向振幅问题整改的思路和步骤

通过分析和对比，将横向振幅产生的原因进一步细分为轨道方面的问题和桥梁方面的问题两大类，其中轨道方面的问题整治容易、成本低、见效快，依靠铁运处自己的力量就可以有效的解决，可以优先处理。而桥梁方面的问题处理起来则相对复杂，因此，确定了进行完轨道方面问题整改后进行桥梁检测，根据检测结果确定是否进行桥梁本身加固的思路。

3.3为桥梁病害整治提供了备选方案

虽然在实际的整治过程中尚未采取诸如并置梁加固、双柱式桥柱柱间增设横向连接等加固措施，但研究的这些方案可以为永煤集团桥梁问题整修提供非常有益的参考，对采取整修轨道部分不能解决问题的桥梁，可以采取上述桥梁加固措施提升桥梁使用寿命和铁路运营的安全性。

4 结论

横向振幅是较为常见的桥梁病害，通过对桥梁横向振幅问题的分析和研究，更加清晰的认识到了桥梁横向振幅产生的原因，并在进一步进行分析总结，分清了横向振幅产生原因的重要性、进行改进的可行性。在此基础上，提出了有针对性的横向振幅整治措施，该类措施均为在同类桥梁上得到应用的较为成熟的方案，可以经过细化后用于桥梁横向振幅整治的实践。

参考文献：

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邹慧峰，铁路桥梁振动超限的并置梁加固方法.