游曾二

摘要：對(duì)增江大橋進(jìn)行動(dòng)力荷載試驗(yàn)，測(cè)試其結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，考察橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性及整體共同作用的綜合參數(shù)，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力做出了評(píng)價(jià)。確保橋梁的主體結(jié)構(gòu)處于良好的工作狀態(tài)，保證橋梁投入使用后的運(yùn)營(yíng)安全。

關(guān)鍵詞：增江大橋；動(dòng)力荷載；承載能力；試驗(yàn)研究

1 橋梁概況

增從高速增江大橋主橋采用主跨110m的連續(xù)箱梁體系，跨徑組合為：68m+2×110m+75m+55m連續(xù)箱梁，主橋橋墩采用單薄壁空心墩。上部構(gòu)造為預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁體系。箱梁梁高和底板厚度均按1.8次拋物線設(shè)計(jì)。采用單箱單室預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)，110m跨梁高從跨中（邊跨端部）3.0m變化到主墩根部的6.5m；75m跨梁高從跨中（邊跨端部）2.5m變化到主墩根部的4.5m。箱梁兩側(cè)懸臂為2×3.3625m，懸臂板根部厚度為80cm；底板寬9.0m，頂板寬16.25m；110m跨箱梁底板厚度從28cm變化到根部90cm；75m跨箱梁底板厚底從28cm變化到根部90cm；腹板厚度采用55cm，65cm，80cm三種厚度；110m跨箱梁0#段橫梁厚度為300cm；75m跨箱梁0#段橫梁厚度為200cm。主橋立面布置圖如圖1。

橋梁設(shè)計(jì)荷載為公路-Ⅰ級(jí)。箱梁采用C55混凝土，主墩墩身采用C40混凝土，鉆孔灌注樁采用C25混凝土。

2 測(cè)試內(nèi)容

本次動(dòng)載試驗(yàn)主要測(cè)定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，內(nèi)容包括：

（1）結(jié)構(gòu)自振頻率及振型測(cè)定；

（2）結(jié)構(gòu)自振阻尼比測(cè)定；

（3）結(jié)構(gòu)動(dòng)力系數(shù)測(cè)定。

3 試驗(yàn)方法及測(cè)點(diǎn)布置

3.1 脈動(dòng)試驗(yàn)

脈動(dòng)試驗(yàn)是在自然狀態(tài)下，通過(guò)布置在橋梁上的加速度傳感器拾取結(jié)構(gòu)由大地脈動(dòng)和周?chē)h(huán)境的各種擾動(dòng)引起的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，用動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行采樣、分析，以測(cè)定結(jié)構(gòu)的相關(guān)動(dòng)力特性（如固有頻率、振型、阻尼比等）。本次試驗(yàn)沿主橋的各橋跨兩側(cè)的跨中、L/4處和3L/4位置布置測(cè)點(diǎn)，試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。

3.2無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)

在橋面無(wú)任何障礙的情況下，利用2臺(tái)重約400kN的載重汽車(chē)，分別以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的車(chē)速來(lái)回在橋面行駛，測(cè)試結(jié)構(gòu)在行車(chē)荷載作用下的動(dòng)力反應(yīng)。通過(guò)橋梁撓度儀測(cè)量主梁A-A截面的動(dòng)撓度，由此分析得到相應(yīng)的動(dòng)力系數(shù)。測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2所示。

3.3 有障礙行車(chē)試驗(yàn)

在主梁A-A截面處橋面上設(shè)置高7cm的弓形板作為障礙物，以模擬橋面不平整狀態(tài)。利用2臺(tái)重約400kN的載重汽車(chē)，分別以5km/h、10km/h、15km/h、20km/h、25km/h、30km/h的速度在橋面上并行行駛，測(cè)試結(jié)構(gòu)在橋面不良狀態(tài)時(shí)在行車(chē)荷載作用下的動(dòng)力反應(yīng)。其測(cè)試內(nèi)容與無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)相同。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 脈動(dòng)試驗(yàn)

脈動(dòng)試驗(yàn)采樣頻率為37.7Hz，每次采樣時(shí)間為20min。

試驗(yàn)結(jié)果采用峰值拾取法進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。圖3～5為理論分析所得的前三階模態(tài)（振型）圖。圖6～8為實(shí)測(cè)并分析所得的前三階模態(tài)（振型）圖。圖9給出了部分測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析結(jié)果。

由表1可以看出，結(jié)構(gòu)前三階實(shí)測(cè)頻率均比理論值高，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的整體剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。阻尼比在3.07%～4.30%之間，相對(duì)較小，說(shuō)明在小振幅范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的阻尼比較低。

4.2 行車(chē)試驗(yàn)

動(dòng)力系數(shù)：

式中：

—?jiǎng)恿奢d引起檢測(cè)變位的實(shí)測(cè)最大動(dòng)力變形或力值（即最大波峰值）；

圖10給出了行車(chē)試驗(yàn)中A-A截面部分實(shí)測(cè)動(dòng)撓度時(shí)程曲線。根據(jù)該曲線，可獲得該截面最大動(dòng)撓度值并計(jì)算出相應(yīng)的動(dòng)力系數(shù)值，如表2所示。從表中可以看出，當(dāng)兩輛重約400kN的重車(chē)以10～60km/h車(chē)速駛過(guò)平整橋面時(shí)，該截面最大動(dòng)撓度為-6.59mm，實(shí)測(cè)平均動(dòng)力系數(shù)在1.003～1.012之間。而同兩輛重約400kN的重車(chē)以5km/h、10km/h、15km/h、20km/h、25km/h、30km/h的速度駛過(guò)有障礙橋面時(shí)，該截面最大動(dòng)撓度為-7.75mm，實(shí)測(cè)平均動(dòng)力系數(shù)在1.070～1.137之間。從實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，在同一車(chē)速下，有障礙行車(chē)比無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)測(cè)得動(dòng)力系數(shù)要大的多，說(shuō)明橋面不平整對(duì)結(jié)構(gòu)工作狀況影響較為不利。因此，在橋梁運(yùn)營(yíng)中保持橋面平整順暢是十分必要的。

5 結(jié)論及建議

結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)頻率比理論計(jì)算值略高，表明結(jié)構(gòu)整體剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)一至三階模態(tài)（振形）與理論較為吻合。由此可見(jiàn)，該橋在力學(xué)性能上滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊平，橋梁檢測(cè)[M].人民交通出版社，2002；

[2]高懷濤，王君杰.橋梁檢測(cè)和狀態(tài)評(píng)估研究與運(yùn)用[J].2000，16（2）：57-64；

[3]李國(guó)豪，橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與振動(dòng)[M].中國(guó)鐵道出版社，1992，10：265-268；

[4]《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》JTG/T J21-2011；

[5]宋一凡，公路橋梁荷載試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)評(píng)定[M].人民交通出版社，2002；

[6]宋一凡，公路橋梁動(dòng)力學(xué)[M].人民交通出版社，2002；

[7]曹樹(shù)謙，張文德，蕭龍翔，振動(dòng)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析[M].天津大學(xué)出版社，2001

[8]章日凱，王常青.橋梁荷載試驗(yàn)[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2005，（12）22-26；