■徐緒緒，熊先波，王 振

■1.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013;2.遵義市交通勘察設(shè)計有限公司，貴州 563000;3.中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司，上海 200070

根據(jù)結(jié)構(gòu)動力[1]～[2]學(xué)觀點，結(jié)構(gòu)剛度的變化或結(jié)構(gòu)損傷，必然導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自振特性變化，通過橋梁結(jié)構(gòu)自振頻率的變化，可以分析橋梁結(jié)構(gòu)性能，從而評價橋梁結(jié)構(gòu)的工作狀況。在工程實踐中將實測自振頻率與計算自振頻率的比值作為一項評定標(biāo)度，分析橋梁結(jié)構(gòu)性能，評價橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況，將實測自振頻率與計算頻率進(jìn)行比較，如實測頻率大于計算頻率，可認(rèn)為結(jié)構(gòu)實際剛度大于理論剛度，反之則實際剛度偏小。

1 研究現(xiàn)狀

為了規(guī)范公路橋梁承載能力檢測評定工作，我國交通運(yùn)輸部發(fā)布并推行《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)[3]-以下簡稱規(guī)范。該規(guī)范根據(jù)橋梁檢查與檢測結(jié)果，采用引入分項檢算系數(shù)修正極限狀態(tài)表達(dá)式的方法進(jìn)行承載能力評定，大大提高了橋梁承載能力評定的客觀性和可操作性。上述規(guī)范根據(jù)實測自振頻率與理論計算頻率之間的比值來量化評定橋梁自振頻率技術(shù)狀況。但是，規(guī)范中有關(guān)自振頻率評定標(biāo)度方面的條文敘述比較模糊籠統(tǒng)，條文指出用實測自振頻率與理論計算頻率的比值進(jìn)行量化，而具體采用第幾階頻率，采用豎向、橫向還是扭轉(zhuǎn)頻率并未進(jìn)行詳細(xì)解釋。事實上，根據(jù)一些實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的比值，我們發(fā)現(xiàn)不同階次實測與理論計算頻率之間的比值具有一定的離散型，甚至?xí)霈F(xiàn)按豎向一階自振頻率進(jìn)行評定為1類標(biāo)度，按照豎向二階頻率進(jìn)行評定為2類標(biāo)度的情況，在工程實踐中極易導(dǎo)致誤判。

2 工程實例

對一座連續(xù)梁橋采用有限元分析軟件Midas civil進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析求解計算自振頻率，并現(xiàn)場采用脈動試驗方法實測結(jié)構(gòu)自振頻率。

李家埡口中橋[4]為一座預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。該橋全長100.00m，共一聯(lián)橋。該橋跨徑的具體布置為:3 ×30.00m=90.00m。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，采用C50混凝土澆筑，箱梁采用直腹式單箱單室截面，底板水平，兩側(cè)與中心位置處梁高均為1.70m，采用橋面鋪裝設(shè)置橋面橫坡。箱梁頂板寬10.00m，底板寬5.60m，翼緣懸臂2.20m，頂板厚 0.25m，底板厚 0.20m，跨中標(biāo)準(zhǔn)截面腹板厚 0.50m，在支承處距實心段6m范圍內(nèi)，腹板厚度漸變增加至0.8m。全橋按照雙向兩車道設(shè)計，設(shè)計荷載等級為公路-Ⅱ級。

在橋面無任何交通荷載以及橋梁附近無其它振源的情況下，在橋梁測試截面安裝拾振器測定橋梁由風(fēng)荷載、地脈動等隨機(jī)激勵而引起的微幅振動響應(yīng)，通過FFT分析識別結(jié)構(gòu)自振頻率。

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)表5.9.2橋梁自振頻率評定標(biāo)準(zhǔn):采用豎向1階頻率f1則評定標(biāo)度為1，采用豎向2階頻率f2則評定標(biāo)度為2，采用豎向3階頻率f3則評定標(biāo)度為3。

另外對該橋進(jìn)行靜載試驗評定橋梁技術(shù)狀況。以設(shè)計正常使用荷載作為加載控制，按測試截面內(nèi)力(彎矩)等效原則進(jìn)行布載，并使測試截面的試驗荷載效率滿足檢測規(guī)程的要求。

在試驗荷載作用下，各測試截面的實測撓度小于計算值，撓度校驗系數(shù)介于0.64～0.81之間，中跨、邊跨測試截面最大實測撓度增量分別為3.96mm和3.90mm，小于計算值。各加載工況卸載后，梁體變形恢復(fù)良好，實測相對殘余變形均小于檢測規(guī)范的限值，最大實測相對殘余變形為3.1%。為便于分析比較，將試驗橋跨的主要撓度檢測結(jié)果匯總列于表 3.2。

表3.2 撓度檢測結(jié)果匯總表

靜載試驗檢測結(jié)果表明，試驗橋跨結(jié)構(gòu)剛度技術(shù)狀況良好，根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程征求意見稿》[5]6.5.9條，結(jié)構(gòu)自振頻率比值與結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)系反算可得結(jié)構(gòu)該項評定標(biāo)度應(yīng)為1。結(jié)合上述分析結(jié)果筆者認(rèn)為采用一階豎向自振頻率評定該項標(biāo)度可以更加客觀合理的反映結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況。

3 結(jié)論

根據(jù)以上討論，筆者認(rèn)為:(1)對于簡支梁、連續(xù)梁等簡單橋型應(yīng)采用豎向一階頻率實測值與計算值的比值評定該項標(biāo)度。(2)對于其他橋梁結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)深入研究，通過大量實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗證，以確定采用第幾階頻率評定該項標(biāo)度。(3)通過深入研究可以使自振頻率檢測評定標(biāo)度更為客觀合理，可以驗證規(guī)程條文的包容性，可以增強(qiáng)該項條文的可操作性，從而指導(dǎo)工程實踐。

[1]宋一凡.公路橋梁動力學(xué)[M].北京:人民交通出版社，1999.

[2][美]R.克拉夫，J.彭津;王光遠(yuǎn)譯.結(jié)構(gòu)動力學(xué)(第二版)[M].北京:高等教育出版社，2006.

[3]公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程(JTG/T J21-2011)[S].北京:人民交通出版社，2011.

[4]施尚偉.南川李家埡口中橋荷載試驗檢測報告[R].重慶:重慶交通大學(xué)建設(shè)工程質(zhì)量檢測站，2011.

[5]公路橋梁荷載試驗規(guī)程(征求意見稿)[S].北京:人民交通出版社.