邓 蓉，刘建瑞

(中国铁道科学研究院，北京 100081)

《铁路技术管理规程》规定［1］，技术复杂及重要的桥梁，每十年至少进行一次检定。铁道部运输局每年都计划安排全路范围内，达到或超过十年的在役重要桥梁进行常规检定评估试验，以保证铁路运输的安全。检定评估的主要依据是《铁路桥梁检定规范》，该规范的适用范围为客货列车共线运行，旅客列车最高行车速度160 km/h，货物列车最高行车速度为80 km/h的标准轨距线路上的既有铁路桥梁。

桥梁检定评估试验是一项复杂而细致的系统工程，需根据被检定桥梁的结构特点组织编组列车进行荷载试验，并在试验时封锁桥上交通。此项工作需试验单位，桥梁设备所属铁路局车、机、工、电、辆等各部门，甚至地方政府及其交通部门等，各单位通力配合才能完成。对处于繁忙干线上的铁路桥梁而言，申请到的天窗时间一般为2 h左右，且多在夜间21∶00以后。要在有限的时间内顺利完成各项检测项目，能否制订出合理的试验方案和现场试验操作流程，往往成为检定评估试验是否能够顺利完成的关键。

1 试验过程

桥梁定期检定评估试验大体可分为计划编制、方案制定、现场试验、报告评审四个阶段。计划编制阶段的主体为铁道部运输局和桥梁所属铁路局，方案制定阶段和现场试验阶段的责任单位是桥梁所属铁路局和试验承担单位，基础设施检测中心负责方案审查和报告评审工作。上述四个阶段中，方案制定和现场试验是控制阶段。

桥梁检定评估试验的一般过程如图1所示。

图1 桥梁检定评估试验的一般过程

2 试验方案制定

2.1 资料收集

进行常规检定评估试验的桥梁多为运营多年、结构复杂的大跨度混凝土桥或钢桥，前期一般做过全面的检定评估试验。如焦柳线K495+206襄樊汉江大桥(公铁两用双线铆接4×128 m连续下承钢桁梁，图2)，1970年10月交付运营，分别在1978年、1990年、2008年进行了三次检定评估试验;湘桂下行线K606+023红水河斜拉桥(48 m+96 m+48 m预应力混凝土斜拉桥，图3)，1981年9月建成通车，通车前进行过静动载试验，1994年、2009年分别进行了第二、三次检定评估试验。

图2 焦柳线襄樊汉江大桥

编制试验方案前，需到桥梁现场及设备所属管理部门，对待检桥梁周围的环境进行踏勘，了解桥梁的养护维修和使用情况，收集设计图纸、竣工资料、养修记录、历次检定报告等相关信息，以及桥梁所属铁路局现有的机车和车辆的类型，供编制初步试验方案时使用，使试验方案更有针对性。

2.2 试验方案制定

通过试验了解桥梁的实际受力状态并据此综合判断结构的承载能力和使用安全性，是桥梁定期检定试验的根本目的。为达此目的，试验方案应包括试验项目、加载方案、仪器配备、现场配合要求及时间安排等内容。

试验项目要根据待检桥梁的结构特点和使用状态，以及前期检定试验的测试内容综合确定，既要考虑检测结果的可比性，又要重视桥梁的现状，还要兼顾试验技术和测试手段的发展。一般情况下，试验至少应包括四项内容:现状检查、静载试验、动载试验、脉动试验。

试验仪器的选择需与测试内容和现场条件协调一致。保证参试人员和仪器设备的安全，保证检定试验顺利进行是现场配合的基本要求。试验时间的安排还要考虑桥址处的气候条件和实际线路的运营特点。

2.2.1 现状调查

详细的现状检查能够提供诸多有用的信息，对评价桥梁的实际使用状态，提出后续的养修建议尤为重要。现状检查一般为近距离的目测检查，并辅以简单的检测工具和材料，如卡尺、放大镜、手锤、水准仪、酚酞酒精溶液等，检查的内容根据桥梁的构造特点确定，一般包括结构质量检查、支座状态检查、桥面线形测量等。例如红水河斜拉桥，斜拉钢索是桥梁的重要组成部分，必须对钢索的外观、锚头的状况和恒载状态下的索力进行检查和测量。

图3 湘桂下行线红水河斜拉桥

2.2.2 静载试验

静载试验针对桥梁的控制截面进行内力加载，截面的位置最好与前期试验相同，并可酌情增加或减少个别截面。加载方案在理论计算的基础上提出，初步方案中最好列出多种编组列车的加载计算结果，供专家评审试验方案时参考。理论计算时要考虑加载列车运输组织的方便，列车编组尽量相同，避免机车调头运行，减少车辆拆解次数。

由于铁路不再使用蒸汽机车，静载试验的加载效率很难达到《铁路桥梁检定规范》规定的80%以上［2］。采用DF4双机加挂多节C70重车一般可使试验的加载效率达到60%～70%左右，且不小于现行最大运行荷载。前述两座桥梁静载试验采用的列车编组分别为2DF4+6C70重车(襄樊汉江大桥)、2DF4+3C70重车(红水河斜拉桥)，表1列出了它们的试验加载效率，图4、图5为加载轮位。

表1 静载试验加载效率

图4 襄樊汉江大桥加载轮位(单位:m)

图5 红水河斜拉桥加载轮位(单位:m)

2.2.3 动载试验

动载试验的编组列车最好使用目前运行状态较差的未改造过的转8A转向架与C62轻重混编列车，以期获得最不利车况下的测量结果。编组方式建议采用“DF4机车+(1+2+…m)C62重车 +(1+2+…n)C62空车”(m＜n)，编组列车的车长应不小于测试桥跨的长度。襄樊汉江大桥行车试验的列车编组为DF4单机+C62重车8辆 +C62空车20辆，车长397.36 m;红水河斜拉桥行车试验的列车编组为DF4单机+C62重车5辆 +C62空车9辆 +N17平车1辆(供列车推行出桥时瞭望使用)，车长223.17 m。

由于目前既有线路货车的实际运营速度一般低于60 km/h，且配备转8A转向架的 C62货车在60 km/h以上速度运行时的状态较差，编组列车在60 km/h及以上速度运行时，可按 60 km/h，65 km/h，70 km/h，75 km/h，80 km/h的速度进行试验，60 km/h及以下速度按5 km/h，40 km/h，50 km/h，60 km/h 分级即可，桥梁在20～60 km/h时的技术状态可通过对实际运营的过路货车数据采集弥补。

2.2.4 脉动试验

脉动试验要求桥址周围环境安静、桥上无载，编制试验方案时要充分考虑这一测试需求。

3 现场试验

3.1 试验准备

试验单位根据专家的评审意见对初步方案进行完善修改后，报铁道部运输局审批。审批后的试验方案是对待检桥梁进行检定试验的最终方案，一般不能随意更改。

随后，桥梁所属铁路局与试验单位需就试验的细节进行协商讨论，确定试验的具体日期、封锁时间和试验流程。试验流程的制定应根据静载试验加载轮位的特点、行车试验的速度要求、封锁时间的限制条件、测试仪器的测读速度等因素确定。

检定试验能够申请到的天窗时间一般为1.5～2.0 h，且多在夜间零点左右。扣除试验列车出、入站的调度时间，以及试验前后列车进桥和回站的时间，实际有效的工作时间约1.0～1.5 h。因此，静载试验应尽量缩短加载和读数的时间，行车试验要提高编组列车按规定速度正向通过桥梁后的顶推速度(可按空线调车作业规定即顶推30 km/h运行［1］)，以最大限度地提高试验的效率，减少运输损失。襄樊汉江大桥列车顶推速度15 km/h，每天封锁2.0 h，编组列车行车试验2 d仅运行了10趟;红水河斜拉桥列车顶推速度30 km/h，封锁时间2.5 h，编组列车行车试验两天共运行25趟，试验效率大大提高。

桥面线形测量、恒载索力测量、脉动试验等要求桥梁处于静止无载状态，编制试验计划时要综合考虑这些测试项目的需求，提前做好安排。

试验前期，桥梁所属铁路局要有计划地扣留试验所需车辆，各辆加载车要按标称载重装载、称重，并将车号、编组顺序和实际重量记录好交给试验单位，为后续试验结果的确切分析提供依据。表2为襄樊汉江大桥和红水河斜拉桥试验列车的称重情况。

试验计划确定以后，各参试单位应就试验的具体过程进行模拟，熟悉试验流程，完善联络方式，在待检桥梁处设置始点标和终点标，在加载位置设置醒目的标志，以防疏漏。

表2 试验列车装载情况 kg

3.2 静载试验

静载试验时，轮位偏差宜控制在 ±10 cm以内。每一轮位至少重复加载一次，若两次加载的读数重复性较好，可不再进行第三次加载。由于夜间温度较为稳定，可在一个轮位加载后直接进行第二轮位加载，然后统一回零以节省时间。对于双线桥梁，要分别进行单线偏载和双线满载试验，编制试验流程时最好将二者分开，一天安排偏载试验，隔天再安排满载试验，以利运输组织。在个别轮位要求特殊编组的情况下，应根据桥头线路的坡度确定车辆的拆解地点，合理调整加载顺序，防止列车溜放。

襄樊汉江大桥静载试验(轮位见图4)的第一天为单线偏心加载，第二天为双线加载，两天的试验过程完全相同，每个轮位读数2遍。试验加载的顺序如下:

初始读数(加载车在桥外)→轮位1加载→轮位2加载→回零读数(加载车出桥)→轮位1加载→轮位2加载→ 回零读数(加载车出桥回站)。

红水河斜拉桥静载试验(轮位见图5)的第一天为轮位1、轮位3加载，每个轮位读数3遍;第二天为轮位4、轮位2加载，每个轮位读数2遍。两天的试验过程并不相同:

第一天:初始读数(加载车在桥外)→ 轮位1加载→ 轮位3加载 → 回零读数(加载车出桥)→ 轮位1加载 → 轮位3加载→ 回零读数(加载车出桥)→ 轮位1加载 → 轮位3加载 → 回零读数(加载车出桥回站)。

第二天:初始读数(加载车在桥外)→ 轮位4加载→ 回零读数(加载车出桥)→ 轮位4加载 → 回零读数(加载车出桥回站加挂3辆C70重车)→ 轮位2加载→回零读数(加载车出桥)→轮位2加载→回零读数(加载车出桥回站)。

红水河斜拉桥边跨中截面正弯矩加载只需两台DF4机车(表1)，需要在试验过程中调整列车的编组。由于桥头位于上坡度段且坡度较大，不能在现场进行车辆拆解，于是调整试验顺序，第二天首先进行该轮位试验，试验完成后机车退回车站加挂3辆C70重车，然后再进行下一轮位的试验，既防止了列车溜放，又节约了试验时间。

3.3 行车试验

行车试验时，试验列车要以不同的速度匀速通过待检桥梁，速度偏差宜在±1 km/h以内。速度分级建议为 5 km/h，40 km/h，50 km/h，60 km/h，65 km/h，70 km/h，75 km/h，80 km/h。除 5 km/h 外，每种速度至少重复运行一次，75 km/h，80 km/h速度最好重复运行两次。5 km/h为准静态标定速度，为节省时间可逆向推行。桥梁的实际运营状态通过对运营客车和货列的测试分析得到，运营测试可在白天或晚间桥梁封锁前进行。

行车试验的速度顺序应根据牵引列车的加速和制动距离、封锁区间的线路和道口情况合理分配，并在实际操作过程中适时进行调整。时间允许时，可增加几趟较高速度的行车试验，使试验数据的速度范围更为饱满丰富。

红水河斜拉桥距来宾车站仅3 km左右，站内道岔繁多，出站几百米处的立交道口正在施工，进桥前又为上坡段，试验列车以80 km/h的速度通过桥梁有一定困难。于是，第一趟试验列车以最高速度加速运行，桥上实际速度达到了79 km/h，证明仅封锁来宾车站就可以满足试验的要求，避免了封锁区间造成的运输损失。试验第一天，试验列车以 79 km/h，5 km/h，40 km/h，40 km/h，50 km/h，50 km/h，60 km/h，60 km/h，65 km/h，65 km/h，80 km/h，80 km/h，70 km/h 的规定速度通过桥梁，其中，5 km/h速度逆向推行通过测试桥跨，其它测次列车的推行速度为30 km/h。试验第二天，除规定速度 70 km/h，75 km/h，75 km/h，75 km/h 外，增加了 55 km/h，63 km/h，68 km/h，68 km/h，73 km/h，73 km/h，77 km/h，77 km/h 共 8 趟测次，列车的推行速度仍为30 km/h。

3.4 脉动试验

脉动试验最好能够利用试验准备期间的维修天窗或行车空隙由环境激励法分段测定，还可在静载试验线路封锁时，利用初读数和回零读数的加载间隙补充采样。襄樊汉江大桥和红水河斜拉桥的脉动试验都是利用维修天窗或行车空隙分段测试完成的。

4 试验数据分析

4.1 桥面线形

铁路桥梁是桥上线路的支撑结构，其基本功能是保证线路的平顺性和安全性，使运营列车能够平稳、安全地运行。为达此目的，桥梁的线形应保持稳定。

定期对局管内重点桥梁的桥面线形进行测量，是各路局工务检测桥每年必须完成的工作。桥梁检定试验时，还必须对桥梁的实际线形进行测量，通过对多次测量数据的对比分析，评价桥梁的使用状态。

红水河斜拉桥的线形测量结果(图6)表明，1994年即桥梁运营13年后，桥面线形整体下降2.0 cm左右，边跨拱度消失，中跨中拱度由15.1 cm减少为12.6 cm。2009年的拱度曲线与1994年基本相同，中跨与南边跨曲线完全吻合，中跨中拱度为12.5 cm，北边跨跨中下挠约1.0 cm。由此可以推断，从1994年至2009年共15年间，桥面线形稳定，使用状态良好。

从襄樊汉江大桥上、下游两片主桁的拱度差值(图7)可以看到，由于运营初期仅在上行线(上游侧)铺设轨道，前两次试验时，上游第一、第二跨(0～32节点间)主桁的高程低于下游主桁。2008年的测量结果正好相反，上游第一、第二跨主桁的高程高于下游主桁，因为该桥1996年铺设了下行线钢轨。

图6 红水河斜拉桥桥面线形

图7 襄樊汉江大桥两片主桁的拱度差值

4.2 结构的强度和刚度

荷载试验是对桥梁的强度和刚度进行定量分析的最直观、最有效的方法，投入的人力、物力和运输成本也较高。一般情况下，对投入运营的铁路桥梁不再组织专门的静载试验，桥梁的受力性能通过定期对运营列车的动力测试进行定性分析。随着铁路运输量的日益增加，对技术复杂的重要桥梁每十年进行一次检定已属不易，襄樊汉江大桥和红水河斜拉桥第一、二次及第二、三次检定的时间间隔分别为12，13年和18，15年。因此，要充分利用桥梁检定的机会，尽可能多的获取有效的试验数据，对桥梁的强度和刚度进行客观的评价。

4.2.1 挠跨比

桥梁挠度是桥梁竖向刚度的主要衡量指标之一，一般用列车静活载作用下的挠跨比［2］表示，其值根据实测挠度换算得到。由于进行检定的桥梁多为大跨度连续梁或特殊结构，现阶段国内尚没有明确的检算和评定标准，须参照前期试验的结果和近似的标准，对桥梁的刚度进行综合评价。

红水河斜拉桥是我国铁路首座斜拉桥，也是目前运营铁路的唯一一座混凝土斜拉桥，现行铁路桥梁设计规范［3］和检定规范［2］中尚无相应的评价指标。由挠度测量结果(2009年)推算得到中—活载(不计竖向冲击)作用下桥梁的挠度及挠跨比为:中跨中正弯矩加载时的中跨中挠度为-60.25 mm，挠跨比1/1 593;边跨中正弯矩加载时的边跨中挠度为-13.16 mm，挠跨比1/3 647。由于其梁高与跨度之比即 h/L边跨为1/15、中跨为1/30，与预应力混凝土低高度梁的高跨比(h/L=1/14～1/16)接近，而预应力混凝土低高度梁的竖向挠跨比通常值为1/1 300，红水河斜拉桥的边跨和中跨的挠跨比小于1/1 300，因此可以断定，红水河斜拉桥的竖向刚度满足要求。

襄樊汉江大桥第三次检定时的挠度校验系数分别为 0.896(中跨中)、0.870(边跨中)，超过检定规范［2］中的通常值0.700～0.800，似不合理。比较可知，第一次试验时的挠度校验系数为0.978(中跨中)、0.864(边跨中)，第二次试验时的挠度校验系数分为0.873(中跨中)、0.861(边跨中)，第三次试验的结果与前两次试验差别不大，结构的刚度并没有发生变化。

4.2.2 截面应力

一般情况下，通过实测应力与计算应力的比值即结构校验系数就可对控制截面的受力状态进行评价。正常情况下，结构校验系数不应超过1.00，且相同轮位多次加载时的实测应力具有重复性，残余变形小。

当设计和施工资料比较完备时，结构的强度可采用主力组合即“恒载+活载”进行评价。其中，恒载应力按设计计算结果取用，活载应力根据实测应力和试验荷载的加载效率换算到设计活载，再将换算活载应力与恒载应力叠加，就可得到主力组合工况下的截面应力。

表3为襄樊汉江大桥主桁测试杆件(参见图4)的组合应力表。从表3可见，各测试杆件的主力组合应力均小于材料的允许应力，拉杆的强度储备在25%以上，压杆的储备一般在20%以上，但A57A58，C47E48，E48C49三根压杆的应力达到设计允许应力的91.3%～96.6%。所有杆件的强度和整体稳定性均满足设计要求。

表4为红水河斜拉桥主梁截面的实测中性轴高度。比较可知，自开通运营以来，主梁A1，A2，A3三个主控截面(参见图5)的中性轴高度变化很小，最大变化率仅3.2%。桥梁截面稳定、受力正常。

表3 襄樊汉江大桥主力组合下的杆件应力 MPa

表4 红水河斜拉桥主梁截面中性轴高度对照

4.3 动力性能

桥梁的动力性能体现在两个方面:一是结构的自振频率，二是桥梁的振动响应。自振频率是结构固有的动力特性，振动响应的大小与外界激励密切相关。

由于待检桥梁前期试验一般采用蒸汽机车，与目前采用的编组列车在性能上有很大的差别，桥梁的振动响应没有可比性。桥梁的动力特性是结构本身所固有的，与外界激励无关，通过对结构自振频率的比较分析，可以对桥梁的动力性能或整体刚度进行评价。

表5列出了上述两座桥梁的自振频率测量结果。比较发现，运营多年来，襄樊汉江大桥的自振频率变化较小，结构的动力性能没有变化。由于线路调整引起道砟增厚、桥梁自重增加，红水河斜拉桥的基频略有降低，但基频下降未超过5%，表明桥梁仍具有良好的整体刚度。

表5 桥梁自振频率对照 Hz

5 结束语

在铁路运输日益繁忙的既有线上，对技术复杂的重要桥梁进行检定评估试验，封锁时间短，测试内容多，涉及的部门也多，是一项具有相当规模的系统工程，目前尚无对试验过程进行质量控制的相关标准。铁路桥梁检定规范尚不完善，评判标准的内容有待补充。及时总结相关经验，制定符合铁路运输实际需要的大跨度桥梁检定评估试验操作流程，很有必要。本文对此进行了有益的分析研究和探讨。

［1］中华人民共和国铁道部.铁道部令第29号 铁路技术管理规程［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［2］中华人民共和国铁道部.铁运涵［2004］120号 铁路桥梁检定规范［S］.北京:中国铁道出版社，2004.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10002.2—2005 铁路桥梁钢结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］中华人民共和国铁道部.TB10002.3—2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］庄德恩.实验应力分析的若干问题及方法［M］.北京:科学出版社，1979.

［6］沃尔特锐拉，盖恩斯.高等材料力学［M］.唐山译.台北:正文书局，1980.

［7］黄剑源.薄壁结构的扭转分析［M］.北京:中国铁道出版社，1998.