黃明非

(招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司， 重慶 400067)

行車狀態(tài)下連續(xù)梁橋振動舒適性分析

黃明非

(招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司， 重慶 400067)

以3跨連續(xù)梁橋為工程背景，通過動載試驗和測量跑車狀態(tài)下上部結(jié)構(gòu)的加速度，分析橋梁的動力特征，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范分析結(jié)構(gòu)在行車狀態(tài)下連續(xù)梁橋振動舒適性，為行車狀態(tài)下橋梁振動舒適性研究提供參考。通過試驗及分析，本橋動力特性正常，橋梁在行車激勵下滿足Euro code — 1990規(guī)范及ISO 10137:2007(E)要求。

連續(xù)梁橋; 動載試驗; 動力分析; 振動舒適性

0 引言

連續(xù)梁橋作為一種常見橋型，已經(jīng)普遍存在于各級公路中。大量的橋梁兼顧著車行和人行的要求，當(dāng)車輛通過時，可能導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)可感振動并對行人帶來不適的心理反應(yīng)，因此橋梁的振動舒適度顯得尤為重要[1]，目前，國內(nèi)對橋梁在行車狀態(tài)下的振動舒適度研究較少。本文通過對某3跨連續(xù)梁橋進行動力分析，分析橋梁的振動特點，根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)振動舒適性評價方法對在行車狀態(tài)下的振動舒適度進行評價。

1 橋梁概況

本橋為3×16 m鋼筋混凝土連續(xù)梁橋，結(jié)構(gòu)特征見圖1和圖2。各種資料顯示當(dāng)車輛過橋時，橋面各處均能感受到可感振動；當(dāng)重車過橋時振動尤為明顯。

為有效的分析橋梁的人行舒適性，本橋進行了動載試驗和行車狀態(tài)下的特殊檢查。分別對邊跨最大正彎、墩頂附近負彎以及中跨最大正彎截面進行動應(yīng)變測試，以分析結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)[2]。對中跨跨中截面進行環(huán)境激勵下的豎向速度采集，分析結(jié)構(gòu)動力特征。對行車狀態(tài)下橋梁的加速度采集，以分析結(jié)構(gòu)的舒適性；加速度采集截面與動應(yīng)變測試截面相同，各截面各布置水平縱向、水平橫向和豎直向加速度傳感器。

圖1 橋梁立面布置圖(單位: cm)

圖2 橋梁平面布置圖(單位: cm)

2 動載試驗結(jié)論

橋梁受檢橋跨結(jié)構(gòu)1階豎向振動頻率實測值為6.100 Hz，大于其理論計算值4.192 Hz。跑車工況下，橋梁受檢橋跨控制截面實測沖擊系數(shù)最大值為0.272，實測沖擊系數(shù)最大值與其動載試驗效率乘積的值小于計算沖擊系數(shù)值(μt×ηdyn=0.125<μc=0.238)[3]。動載試驗結(jié)果表明： 橋梁受檢橋跨結(jié)構(gòu)的動力特性和動力響應(yīng)性能正常。典型實測應(yīng)變時程曲線見圖3和圖4。

圖3 邊跨最大正彎截面應(yīng)變時程曲線

圖4 中跨跨中截面應(yīng)變時程曲線

3 振動舒適性評價

目前，我國尚無行車狀態(tài)下的橋梁振動舒適度的評判標準。因此借鑒相關(guān)條文來對本橋進行分析。我國《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》(CJJ 69 — 95)[4]通過1階豎向頻率必須大于3 Hz這一條件來避免人行橋共振問題。歐洲Euro code — 1990規(guī)范[5]對人行天橋的舒適性作了如下規(guī)定：無活載條件下結(jié)構(gòu)豎向1階頻率大于5 Hz、橫向1階頻率小于2.5 Hz時，可不考慮結(jié)構(gòu)振動舒適性的影響[5]；此外，結(jié)構(gòu)舒適性指標如表1。

表1 Eurocode—1990舒適度指標振動形式最大加速度/(m·s-2)豎向振動07一般使用時的水平振動02滿布人群下的水平振動04

國際標準ISO 10137:2007(E)是在綜合大量人體振動的研究工作和文獻的基礎(chǔ)上制定的振動舒適性國際通用標準。其2631條將人體對于豎向振動和橫向振動的敏感度按頻率高低劃分不同的界限值，當(dāng)橋面的加速度在界限值內(nèi)時，可認為舒適性達標[6]。如圖5。

圖5 ISO 10137:2007(E)規(guī)定的人行橋梁舒適性 臨界曲線(豎直方向)

通過以上介紹可知，國外相關(guān)規(guī)范認為影響橋梁振動舒適性的因素為結(jié)構(gòu)的自振頻率和橋面的加速度值。因此本項目的特殊檢查為對行車狀態(tài)下的加速度進行測試，實測時程圖見圖6～圖9。統(tǒng)計結(jié)果見表2。

根據(jù)測試結(jié)果，本橋人行舒適度滿足Euro code-1990規(guī)范的要求。本橋理論1階豎向自振頻率為4.236 Hz，對應(yīng)的加速度限制值為0.3 m/s2；實測頻率為6.448 Hz對應(yīng)的加速度限制值為0.3m/s2；因此本橋人行舒適度滿足ISO 10137:2007(E)的要求。

圖6 10 km/h跑車工況下中跨跨截面水平橫向 加速度測試結(jié)果

圖7 10 km/h跑車工況下中跨跨截面豎向 加速度測試結(jié)果

圖8 10 km/h剎車工況下中跨跨截面水平橫向 加速度測試結(jié)果

圖9 10 km/h剎車工況下中跨跨截面豎向 加速度測試結(jié)果

表2 加速度最值測試結(jié)果(mm·s-2)跑車工況中跨跨截面水平橫向豎向墩頂截面水平橫向 5km/h跑車213104319210km/h跑車765212062610km/h剎車7781788546墩頂截面豎向邊跨最大正彎截面水平橫向豎向2002138933658618562365261306

此外，可通過加速度時程曲線判斷結(jié)構(gòu)在跑車狀態(tài)下是否有異常振動出現(xiàn)。當(dāng)橋梁無車輛荷載作用時，上部結(jié)構(gòu)在監(jiān)測方向上的加速度時程曲線平穩(wěn)波動，未見突變峰值；當(dāng)結(jié)構(gòu)受車輛荷載作用時，加速度值劇烈變化，并在車輛通過鋪裝不平整處時出現(xiàn)峰值；在剎車工況下，剎車后未重新啟動前結(jié)構(gòu)加速度逐步衰減至無車輛荷載作用狀態(tài)。因此本橋在自然激勵和行車激勵下結(jié)構(gòu)振動未見異常[7-10]。

4 結(jié)論

1) 本橋跑車工況下振動舒適性滿足Euro code — 1990規(guī)范及ISO 10137:2007(E)的要求。

2) 橋梁上部結(jié)構(gòu)在跑車狀態(tài)下實測加速度出現(xiàn)較大值，此外結(jié)構(gòu)加速度均為平穩(wěn)波動，因此可判定本橋無異常振動。

3) 本橋?qū)崪y的各個動力特性均處于正常狀態(tài)，但現(xiàn)場仍能感受到較大的可感振動；目前國內(nèi)外通過自振頻率或橋面加速度來評判人行天橋的舒適性，行車狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)振動舒適性評定標準需進一步研究。

[1] 陳階亮,人行橋振動舒適性評價方法及標準研究現(xiàn)狀[J].橋梁建設(shè),2010(1):75-78.

[2] JTG/T J29-01-2015,公路橋梁荷載試驗規(guī)程[S].

[3] JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].

[4] CJJ 69-95,城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].

[5] CEB-FIP Model Code 1990,Design Code Comite EuroWternatinal du Beton,Thomas Telford Services[S].

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