桥梁加固技术分析
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１２ ５
西部探 矿 工程
２０ ０７年第 ６期
桥 梁 加 固 技 术 分 析
田云 中
（ 中铁 十一局集团四公司， 湖北 武汉 ４０ ７ ） ３０ ４ 摘 要针对铁路 列车提速 时出现的既有线上 某些钢板 梁桥振幅过大的问题 ， 以提 高桥 梁 自 振频率和 降低振幅为 目的展开分析 。用有限元软件 Ａ Ｏ Ｉ Ｒ对 ４ ｍ上承钢板梁桥建立空间有限元模型， Ｇ ０ 并对 模 型进行 了不 同加 固方案 的静 力分 析和 动 力模 态分析 计算 ， 到 各加 固方案 的振 幅 、 力和前五 阶 自 得 应 振 频率 。通过 定量 分析 比较 发现 ： 纯靠增 加各连 接 系杆 件 的数 量 或 增 大杆 件 的截 面虽 然 可 以使 桥 单 梁振 幅 有所减 小 ， 梁体 的 自振频 率 的增幅 不 大 ， 能避免 共振 现 象的发 生 。而上平 纵联 和 下平 纵联 但 不 均 由原 来的三 角杆 系改 为 交叉杆 系的方 案 ， 对减 小 梁体 的振 幅 和提 高 自振 频 率 效 果 最好 。为 开展 钢 板梁桥 的加固工作提供 了参考的依据， 所得结果可供决策部 门参考。 关键 词 ： 板 梁 ； 固措 施 ； ） 平纵联 钢 加 ＡＩ Ｒ； Ｇ（
Biblioteka Baidu
单元模型。Ｙ 方向按竖向加劲肋布置进行剖分 ， 另外在
翼缘 截 面变化 处再进 行 细分 ，方 向剖分 为 ３块 。 ｚ
４ｍ， ０ 跨中的换算荷载为 ９． ｋ ／ 。根据有限元分析结 ６１Ｎ ｍ 果确定梁的内力控制截面， 控制截面的选择必需有代表 性， 便于分析和计算。挠度控制截面应布置在结构最大 挠度处 ， 应变测 点应 布置 在 最不 利端 面 的最 大受 力纤 维 上。本例为单跨简支梁 ， 故我们选跨中为控制截面。 我们 以提 高梁 体 的横 向刚度 和 自振 频率 为 目的 ， 对 ４ 上承钢 板粱 桥 的横 向静力 加 固方案 和 动力模 态 进 ０ｍ 行 了较 为 全面 的研 究 和计 算 分 析 。分 别 对 不 同 的加 固 方案进 行 了建 模 分 析 ， 算 出 了 控 制 截 面 处 的横 向 位 计 移、 竖向位移 、 总位移 、 构件 的应力和 自振 频率等参数 ， 进行分析比较， 从而选 出合理的加固方案 。 为了提高钢板梁的横向刚度， 进而提高桥梁的横向 自振 频 率 ， 一定 速 度下 避 开 共 振 区， 善 桥梁 的横 向 在 改
动 力特 性 ， 一个较 有 效 的措 施 就 是 提 高 上 、 下平 纵 联 的
以京广线 郑州 黄 河 大 桥为 例 ， 上 部 结 构 由 ７ 其 １孔 ４ｍ 上承式 钢板 梁组 成 ， ０ 双线 桥 墩 ， 上下 行 桥 面 线 路 均
为木枕明桥面， 为一铆接钢板梁。通过对该桥的实时监
测结果表明 ， 提速货车通过桥梁时 ， 桥梁跨 中横向振 动 幅值普遍较大。中等跨度铁路桥梁横向刚度不足 、 横向 振动 较大 已成 为普 遍现 象 。通 过 理论计 算 与现场 实测 ， 认 为铁 路上 承式钢 板 梁桥 横 向振 幅过 大 的主 要 原 因 之 是 梁体本身 的横 向刚 度不 足 ， 当列车 以高 速通过 桥 梁 时 ， 桥梁 的横 向作 用 力增 大 ， 梁 的横 向位移过 大 。 对 桥 该 桥钢材 采用 １Ｍｎ ６ ｑ钢 ， 片 主 梁 中 心矩 为 ２ 两 ｍ， 每片主梁 由高 ３８ ｍ ２０ ｍ厚 １ｍｍ 的腹板及宽 ４０ ２ ５ｍｍ 的翼 缘板用 １ｍｍ× １ｍｍ 的 自动 焊 缝 连 接 组 成 工 字 ２ ２ 截 面 。腹板 全 长达 ４．ｍ。翼 缘板 采用 变截 面 的 ， ０６ 在翼 缘截 面变 化处 ， 在构造 上 都考虑 了使 截 面均匀 过渡 。
１ ３ｍ 、 ．３ 、 ．４ 、１ ． １ ｍ １ ｍ ．３ｍ 、１ ｍ 、１ ．３ ．４ｍ 、１ ｍ 、１ ３ 、 ．３ ．ｍ
１ ４ １ ３ １ ３ １ ４ 分布 。 ． ｍ、． ｍ、． ｍ、． ｍ １ ２ ４ ｍ上 承式 钢板 梁模 型 的建 立 ． ０ 腹 板采 用截 面为 ３８ ｍｍ×１ｍｍ， ４． ｍ 的板 ２０ ２ 长 ０６
中图分类 号 ： ４ 文献标 识码 ： 文章 编 号 ：０ ４ ５ １ （ ０ ７ ０ ～ ０ ５ 一 Ｏ Ｕ４ Ｂ １Ｏ— ７６ ２０ ）６ １２ ３
１ 问题 的提 出
１ １ 工 程概况 ．
加劲 肋 的宽度 。另 外 ， 由于我 们把 桥面铺 装平 均到 主梁 的上翼缘 板 ， 故上翼 缘 不 同厚 度 的板 单 元 的 密度 不 同 。 下翼 缘密 度相 同， 等于 整个结 构 的密度 。 上、 下平 纵 联 采 用 ｔｕｓ单 元 ， 联 也 为 ｔｕｓ ｒｓ 横 ｒｓ 单
２ 静力加 固方 案研 究 对于线性静 态应 力分 析 ， 们 采用 中 一活 载 的换 算 我
荷载布置荷 载 ， 中一活载的换算 荷载表 得 ： 查 加载 长度为
竖 向加 劲肋 用板 条 做 成 ， 对 地 布 置 在 腹 板 的两 成 侧 。从 支 点 到 跨 中 以 间 距 为 ： ． ｍ、 ． ｍ、 ．４ １ ３ １ ３ １ ｍ、
一
元， 横联 、 斜撑采用 ｔ ｓ 单元， ｒｓ ｕ 每隔 ４ ｍ一对。竖 向加 劲肋为板单元 ， 厚度为 １ｍｍ。 ２ 本模 型 由板 单 元 （ ｌ ｅ 、 单 元 （ｒｓ） 成 。其 ｐａ ） 桁 ｔ ｔｕｓ 组 中共 有 节 点 １ ８ １４个 ； 桁单 元 包 括 上 屏 纵联 杆 件 ６ ， １ 下 平纵 联杆 件 ４ ， 联 杆 件 ２ ， 计 １７板 单 元 包 括 腹 ６横 ０共 ２； 板 ２ ２上 、 翼缘 ５２ 竖 向加劲肋 ４２共计 １４ 。 ２， 下 ９， ３ ２ ６
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西部探 矿 工程
２０ ０７年第 ６期
桥 梁 加 固 技 术 分 析
田云 中
（ 中铁 十一局集团四公司， 湖北 武汉 ４０ ７ ） ３０ ４ 摘 要针对铁路 列车提速 时出现的既有线上 某些钢板 梁桥振幅过大的问题 ， 以提 高桥 梁 自 振频率和 降低振幅为 目的展开分析 。用有限元软件 Ａ Ｏ Ｉ Ｒ对 ４ ｍ上承钢板梁桥建立空间有限元模型， Ｇ ０ 并对 模 型进行 了不 同加 固方案 的静 力分 析和 动 力模 态分析 计算 ， 到 各加 固方案 的振 幅 、 力和前五 阶 自 得 应 振 频率 。通过 定量 分析 比较 发现 ： 纯靠增 加各连 接 系杆 件 的数 量 或 增 大杆 件 的截 面虽 然 可 以使 桥 单 梁振 幅 有所减 小 ， 梁体 的 自振频 率 的增幅 不 大 ， 能避免 共振 现 象的发 生 。而上平 纵联 和 下平 纵联 但 不 均 由原 来的三 角杆 系改 为 交叉杆 系的方 案 ， 对减 小 梁体 的振 幅 和提 高 自振 频 率 效 果 最好 。为 开展 钢 板梁桥 的加固工作提供 了参考的依据， 所得结果可供决策部 门参考。 关键 词 ： 板 梁 ； 固措 施 ； ） 平纵联 钢 加 ＡＩ Ｒ； Ｇ（
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单元模型。Ｙ 方向按竖向加劲肋布置进行剖分 ， 另外在
翼缘 截 面变化 处再进 行 细分 ，方 向剖分 为 ３块 。 ｚ
４ｍ， ０ 跨中的换算荷载为 ９． ｋ ／ 。根据有限元分析结 ６１Ｎ ｍ 果确定梁的内力控制截面， 控制截面的选择必需有代表 性， 便于分析和计算。挠度控制截面应布置在结构最大 挠度处 ， 应变测 点应 布置 在 最不 利端 面 的最 大受 力纤 维 上。本例为单跨简支梁 ， 故我们选跨中为控制截面。 我们 以提 高梁 体 的横 向刚度 和 自振 频率 为 目的 ， 对 ４ 上承钢 板粱 桥 的横 向静力 加 固方案 和 动力模 态 进 ０ｍ 行 了较 为 全面 的研 究 和计 算 分 析 。分 别 对 不 同 的加 固 方案进 行 了建 模 分 析 ， 算 出 了 控 制 截 面 处 的横 向 位 计 移、 竖向位移 、 总位移 、 构件 的应力和 自振 频率等参数 ， 进行分析比较， 从而选 出合理的加固方案 。 为了提高钢板梁的横向刚度， 进而提高桥梁的横向 自振 频 率 ， 一定 速 度下 避 开 共 振 区， 善 桥梁 的横 向 在 改
动 力特 性 ， 一个较 有 效 的措 施 就 是 提 高 上 、 下平 纵 联 的
以京广线 郑州 黄 河 大 桥为 例 ， 上 部 结 构 由 ７ 其 １孔 ４ｍ 上承式 钢板 梁组 成 ， ０ 双线 桥 墩 ， 上下 行 桥 面 线 路 均
为木枕明桥面， 为一铆接钢板梁。通过对该桥的实时监
测结果表明 ， 提速货车通过桥梁时 ， 桥梁跨 中横向振 动 幅值普遍较大。中等跨度铁路桥梁横向刚度不足 、 横向 振动 较大 已成 为普 遍现 象 。通 过 理论计 算 与现场 实测 ， 认 为铁 路上 承式钢 板 梁桥 横 向振 幅过 大 的主 要 原 因 之 是 梁体本身 的横 向刚 度不 足 ， 当列车 以高 速通过 桥 梁 时 ， 桥梁 的横 向作 用 力增 大 ， 梁 的横 向位移过 大 。 对 桥 该 桥钢材 采用 １Ｍｎ ６ ｑ钢 ， 片 主 梁 中 心矩 为 ２ 两 ｍ， 每片主梁 由高 ３８ ｍ ２０ ｍ厚 １ｍｍ 的腹板及宽 ４０ ２ ５ｍｍ 的翼 缘板用 １ｍｍ× １ｍｍ 的 自动 焊 缝 连 接 组 成 工 字 ２ ２ 截 面 。腹板 全 长达 ４．ｍ。翼 缘板 采用 变截 面 的 ， ０６ 在翼 缘截 面变 化处 ， 在构造 上 都考虑 了使 截 面均匀 过渡 。
１ ３ｍ 、 ．３ 、 ．４ 、１ ． １ ｍ １ ｍ ．３ｍ 、１ ｍ 、１ ．３ ．４ｍ 、１ ｍ 、１ ３ 、 ．３ ．ｍ
１ ４ １ ３ １ ３ １ ４ 分布 。 ． ｍ、． ｍ、． ｍ、． ｍ １ ２ ４ ｍ上 承式 钢板 梁模 型 的建 立 ． ０ 腹 板采 用截 面为 ３８ ｍｍ×１ｍｍ， ４． ｍ 的板 ２０ ２ 长 ０６
中图分类 号 ： ４ 文献标 识码 ： 文章 编 号 ：０ ４ ５ １ （ ０ ７ ０ ～ ０ ５ 一 Ｏ Ｕ４ Ｂ １Ｏ— ７６ ２０ ）６ １２ ３
１ 问题 的提 出
１ １ 工 程概况 ．
加劲 肋 的宽度 。另 外 ， 由于我 们把 桥面铺 装平 均到 主梁 的上翼缘 板 ， 故上翼 缘 不 同厚 度 的板 单 元 的 密度 不 同 。 下翼 缘密 度相 同， 等于 整个结 构 的密度 。 上、 下平 纵 联 采 用 ｔｕｓ单 元 ， 联 也 为 ｔｕｓ ｒｓ 横 ｒｓ 单
２ 静力加 固方 案研 究 对于线性静 态应 力分 析 ， 们 采用 中 一活 载 的换 算 我
荷载布置荷 载 ， 中一活载的换算 荷载表 得 ： 查 加载 长度为
竖 向加 劲肋 用板 条 做 成 ， 对 地 布 置 在 腹 板 的两 成 侧 。从 支 点 到 跨 中 以 间 距 为 ： ． ｍ、 ． ｍ、 ．４ １ ３ １ ３ １ ｍ、
一
元， 横联 、 斜撑采用 ｔ ｓ 单元， ｒｓ ｕ 每隔 ４ ｍ一对。竖 向加 劲肋为板单元 ， 厚度为 １ｍｍ。 ２ 本模 型 由板 单 元 （ ｌ ｅ 、 单 元 （ｒｓ） 成 。其 ｐａ ） 桁 ｔ ｔｕｓ 组 中共 有 节 点 １ ８ １４个 ； 桁单 元 包 括 上 屏 纵联 杆 件 ６ ， １ 下 平纵 联杆 件 ４ ， 联 杆 件 ２ ， 计 １７板 单 元 包 括 腹 ６横 ０共 ２； 板 ２ ２上 、 翼缘 ５２ 竖 向加劲肋 ４２共计 １４ 。 ２， 下 ９， ３ ２ ６