高速铁路桥梁工程特种维护技术

高速铁路桥梁工程特种维护技术
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标准类别:铁路运输标准
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高速铁路桥梁工程特种维护技术

中国铁道科学研究院集团有限公司

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限据箱梁梁体横可移动自标值,主要利用液压油顶将箱梁先顶起 一定高度,使用聚四氟乙烯板改变摩擦阻力DL/T5110《水电水利工程模板施工规范》,然后通过水平方向的液 压油顶推动梁体横向移动 在一个桥墩的4个支座旁,采用大吨位液压油顶,在其底部加工长 形U槽滑道,水平方向液压油顶与滑道之间采用刚性连接,操作PLC 控制系统同步控制水平方向液压油顶,推动或拉动支撑箱梁的大吨位 油顶带动梁体横可移动。 处理或更换因梁体横向移动而孔位错动的支座底板

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调研及评估:2017年对集包线46座桥梁、211个桥墩墩帽和托盘开裂病害进 行了现场调查和测试。现场调查的基础上,依据《铁路桥隧建筑物劣化评定标 准》,按照桥墩托盘病害严重程度,将桥墩病害分为I类和Ⅱ类两种类型

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固实施:针对集包线桥梁墩台防落梁装置预留锚孔内积水冻胀导致混屁凝疑土 开裂危及结构和行车安全的情况,采用重新处理防落梁装置、修复混凝土裂缝 加固墩合结构、防水涂装等技木措施,达到消除病因、恢复结构载能力和使用 功能、提高结构可靠性和耐久性的自的,保证线路运营安全

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检查设施是保证桥梁止常养护维修的必备组成,是检查、维修的 通道。 口 中国铁路总公司《铁路技术管理规程》(高速铁路部分):第42 条桥梁、隧道应按规定设置作业通道、专用洞室、电缆沟 (槽)、电气化预理件及必要的检查和消防设备等。 口部分桥梁未设置检查设施,给养修工作带来了困难,影响桥梁的 正常检查和维护。

检查设施是保证桥梁止常养护维修的必备组成,是检查、维修的 通道。 口中国铁路总公司《铁路技术管理规程》(高速铁路部分):第42 条桥梁、隧道应按规定设置作业通道、专用洞室、电缆沟 (槽)、电气化预理件及必要的检查和消防设备等。 口部分桥梁未设置检查设施,给养修工作带来了困难,影响桥梁的 正常检查和维护

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口 (1)桥下无检查便道; 口 (2)墩顶无检查围栏; 口 (3) 高墩未设爬梯或箱内检查通道

中国铁道科学研究院集团有限公司 FRAILWAY SCIENCE

3.6桥梁常见损伤(车船撞击、火灾

口车辆等异物撞击,应加强跨线桥、水中墩的防护。

口车辆等异物撞击,应加强跨线桥、水中墩的防护。 口火灾损伤,应加强防护措施。

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3.7大跨度及特殊结构桥梁管养

与普速铁路相比,高速铁路大跨度及特结构桥梁不仅结构型式 多样、变形控制要求高、检查项自复杂,而且运营特征也不相同,天 窗点多在凌晨耳时间短,检查维修困难 前,高铁桥梁设备管理部门主要按照高铁桥隧修规(试行) 要求进行日常官养相结的方式实现 大跨度铁路桥梁虽然安装健康监测系统,但是管养数据的信息化 程度偏低,与桥梁健康监测系统的关联度小,不能进行联动分析,进 而无法开展大桥的敌障诊断、状态预测和健康管理(PHM,预测与健 康管理.PrognosticsandHealthManagement

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PHM是一种全面故障检测、隔离和预测及健康管理技术,它的引入不仅 仅是为了消除故障,更是为了解和预报敌障何时可能发生,使得系统在尚未完 全故障之前人们就能依据系统的当前健康状况决定何时维修,从而实现自助式 保障。 国外对于PHM系统的应用涉及部件、分系统及整个系统,且技术理论体 系不断完善和优化,设计、验证和评估技术不断成熟, 近10年,国内PHM技术研究取得了一定进展,多所高校开展了PHM相 天课题研究主要注重理论和算法研究,仿具研究较多,物理试验研究较少

铁科院 CARS 二

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承担了新建沪通长江大桥、平潭海峡公铁大桥、芜湖长江公铁大桥的养护研 究工作,《大跨度桥梁运营状态监测技术条件》标准已经报批,开发相应的监 测系统。 依托京泸高铁南京大胜关桥,在全路率先开展了高速铁路大跨桥梁PHM系 统的研究工作,依托武广高铁梁家湾特大桥,高铁特殊结构桥梁专业委托管养 工作,在高铁桥梁管养方面积累了一些经验和成果,为高速铁路大跨度及特殊 结构桥梁PHM技术体系建设 定基础

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特株结构梁桥检蓝测 选取典型拱桥和斜拉桥等特殊结构,在”修规”规定条自基础上,综合设 开、施工以及运营实战经验,针对混疑土箱梁、梁端区珂、支座,钢箱, 吊杆/斜拉索及锚固端等重点区域,进一步明确检养方法以及检养周期,编制 检查手册。 结合人工巡检APP,采用分层评估方式,初步建立状态评分体系。针对典 型拱桥和斜拉桥等特殊结构型式,细分部件单元,对单元的病害建立病害库 ,按各子类病害严重程度确定扣分等级。按部性单元重要程度,确定合理权 重,评价全桥时采用加权分数,用以表示长期运营状态下桥梁的状态,根据

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针对正交异性板、斜拉索,支座以及端伸循装置等部位的易发病害,引 入机械自动控制化和信息化技术,研究新型监测技术,制定评判标准,提出配 套检修方法。 研究桥梁温度变形和徐变上拱的评判标准。 对自振频率或加速度等桥梁结构特征参数进行趋势分析,建立外部影响的 因变量与自变量间的回妇天系式,用蓝测数据与频测区回比较,进行基于可靠 度的损伤预警和状态评估研究

针对正交异性板、斜拉索、支座以及梁端伸缩装置等部位的易发病害,引 入机械自动控制化和信息化技术,研究新型监测技术,制定评判标准,提出配 套检修方法。

研究桥梁温度变形和徐变上拱的评判

对自振频率或加速度等桥梁结构特征参数进行趋势分析,建立外部影响的 因变量与自变量间的回归关系式,用监测数据与预测区间比较,进行基于可靠 度的损伤预警和状态评估研究

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3.8钢结构桥梁病害及对策

共发现横梁裂纹70处裂纹。裂纹最长 210mm,其中,150~210mm,10处 ;100~150mm,10处;小于100mm 50处。

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纵梁端部裂纹共发现7处纵梁裂纹

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主要病害:螺栓的缺失和 螺栓的松动 检查方法:目测法、敲击 法、高强度螺栓轴力抽检等

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对策:加强检查维修,必要时采取相应措施以及 更换支座

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>上平联T型连接板病害

方法:采用空间有限元分析软件 Midas/Civil,选取一联3x64m上承 式栓焊连续钢梁建立全桥有限元分 析模型。

原因:在C70货车作用下,上平纵联 撑杆名义应力幅较大,基本接近疲劳 容许应力幅。上平纵联T型连接板角焊 缝构造疲劳强度较低,导致开裂

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>上平联T型连接板病害加固方案

将H型热轧型材加 工为与原焊接T型 连接板尺寸相同的 板件,替换原有T 型连接板,将角焊 缝构造更换为母材 构造,疲劳强度显 著提高。另外,更 换相应高强度螺栓

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支座上摆与下摆间不密贴病害1

辊轴支座水平连杆螺栓折断

支座上摆与下摆间不密贴病害2

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>活动支座病害整治方案

(1)将辊轴支座更换为铰轴滑板

(2)对于水平连杆螺栓折断病害,重新安装水平连杆螺栓

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原因:桥面系不可避免的参与主桁工作,当桁架下弦杆受力伸长时,纵梁承受纵向水 平力,致使横梁腹板产生反复弯曲变形,以端横梁腹板变形最大,在托架与下翼缘间的 小间隙处产生较大的次应力,从而引发裂纹

原因:桥面系不可避免的参与主桁工作,当桁架下弦杆受力伸长时,纵梁承受纵向水 平力,致使横梁腹板产生反复弯曲变形,以端横梁腹板变形最大,在托架与下翼缘间的 小间隙处产生较大的次应力,从而引发裂纹

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病害:纵横梁交叉部 立产生普遍的的纵横梁 连接角钢失效及纵梁所 在位置横梁腹板与下翼 缘连接焊缝出现水平裂 纹。 原因:桥面板在竖 向荷载作用下横梁将产 生面外变形,而纵梁使 横梁面外变形受到约束, 主该构造产生设计未预 科到的受力,同时在超 我车辆反复作用下,导 致病害萌生。

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>纵横梁连接处加固对策

对策: 可采用在裂纹前端钻止裂孔! 同时采用腹板拼接板加强腹板,同 时为减小面外变形,可采用在鱼形 疯与横梁腹板之间增加加固角钢 同时为提高横梁腹板挖孔处疲劳强 度,加固角钢应延长出挖孔区域 定距离。

或采用L型拼接板连接横梁腹 板、翼缘,并兼作带椭圆孔耳板底 板作用,纵梁与耳板通过销轴连接 可放松对横梁面外变形约束,

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>正交异性桥面板病害及对策

正交异性桥面板各种疲劳病害

①纵肋对接焊接头部位:②纵肋与面板焊接连接部 位;③纵肋贯穿横肋时的交叉连接部位;④主梁腹 板竖向加劲肋与面板焊接连接部位;③面板对接焊 连接部位:③横肋与面板焊接连接部位:③纵肋焊 接于横肋腹板时的连接部位:③主梁腹板角撑板与 面板焊接连接部位;③主梁腹板角撑板与横肋腹板 焊接连接部位:主梁腹板角撑板与竖向加劲肋焊 接连接部位。

三本钢结构委员会曾对钢桥面板钢桥的 疲劳裂纹进行过统计。 发现纵肋对接焊接头部位、纵肋与面板 焊接连接部位、纵肋与横肋交叉部位、主梁 腹板竖向加劲肋与面板焊接连接部位出现疲 劳裂纹的几率最大,分别占疲劳裂纹总数的 3.6%、9.7%、 56.3%、20.9%

原因:钢桥面板产生劳裂纹的原因分为列外 因和内因,外因就是反复作用的活载作用 内因就是构造细节本身(包括制造因素的影 响),外因和内因的共同作用,就在关键构 造细节处产生较大的循环应力集中,从而萌 生裂纹。

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>对接焊接头部位疲劳裂纹

原因:U型肋对接焊及其 与面板的角接焊均处于仰 焊位置施焊,仰焊工作条 件恶劣,同时为防止熔化 焊缝金属滴落,需采用多 道小线能量焊接,增加焊 接材料消耗,容易存在焊 接缺陷。经过一段时间运 营后,在这些焊接部位容 易产生疲劳裂纹。

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>纵肋与面板焊接连接部位病害

>纵肋与面板焊接连接部位病害

原因:局部的荷载引起面板和U型 肋较大的面外弯曲变形,使得焊 缝处产生较大的弯矩,进而导致 焊接根部应力集中。随着荷载次 数的不断增加,疲劳裂纹将从焊 接根部产生。

原理:在局部轮载直接作用下, 纵肋与面板连接处承受相互平衡 的3个弯矩的共同作用,当纵 内侧的弯矩大于外侧的弯矩时, 裂纹就可能起始于焊趾:否则裂 纹就可能起始于焊根,

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>纵肋与横肋交叉部位疲劳裂纹

原因:由于面板和纵肋可视为弹性连续支承在横肋上的连续梁,在纵可移动交通荷 载作用下,纵肋的反复挠曲变形,迫使横肋产生面外反复变形,当该面外变形受到 约束时,将产生很大的次弯曲应力,约束刚度越大,次弯曲应力越大,

原因:由于面板和纵肋可视为弹性连续支承在横肋上的连续,在纵可移动交通荷 载作用下DA/T 72-2019 岩心档案管理规范,纵肋的反复曲变形,迫使横肋产生面外反复变形,当该面外变形受到 约束时,将产生很大的次弯曲应力,约束刚度越大,次弯曲应力越大

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>腹板竖向加劲肋与面板焊接处病害

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>正交异性桥面板加固方法

正止裂方法:在角接焊缝焊趾处发现裂纹,如裂 纹表面长度小于20~25mm,裂纹深度小于 3mm时,可采用超声锤击焊趾,砂轮磨修或 维形砂轮磨光法,对于裂纹表面长度小于 40~45mm,裂纹深度小于6mm时SL 230-2015 混凝土坝养护修理规程(附条文说明),可采用 TIG重熔法进行修补(TIG重熔法最大熔深可达 8mm)。

加固方法:当角接焊缝裂纹表面长度及深度均 较大时或对接焊缝发现裂纹后,可采用外贴钢 波的方式进行局部补强,外贴钢板与原结构钢 板可采用高强螺栓连接或粘接剂粘贴

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