楊志鵬（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

我國在上世紀(jì)末期建造了諸多橋梁，其中一些橋梁由于各種各樣的原因，出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的損傷及垮塌現(xiàn)象。因此，為了使橋梁能夠安全的運(yùn)營，需要對(duì)橋梁進(jìn)行必要的檢查及維護(hù)[1]。然而，僅僅從橋梁的外觀等方面進(jìn)行檢測(cè)不能很好的掌握橋梁的性能，為了更好的掌握橋梁的受力性能，經(jīng)常用動(dòng)靜載試驗(yàn)的方法來評(píng)估橋梁的受力性能[2]。

橋梁的動(dòng)靜載試驗(yàn)就是預(yù)先計(jì)算好橋梁的最不利荷載；然后按照最不利位置進(jìn)行加載，并在橋梁的相應(yīng)位置處布置應(yīng)變計(jì)、傳感器等裝置收集相關(guān)參數(shù)；最后將測(cè)量的結(jié)果與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，符合規(guī)范要求則為合格。文獻(xiàn)[3-5]就是利用動(dòng)靜載試驗(yàn)對(duì)各種橋梁進(jìn)行了力學(xué)性能的評(píng)估。本文是在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)加固完成的一座雙曲拱橋進(jìn)行了動(dòng)載試驗(yàn)，掌握橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能和動(dòng)力反應(yīng)，從而對(duì)該橋的加固結(jié)果做出評(píng)估。

1 工程概況

某雙曲拱橋?yàn)閱慰變艨鐝綖?0m的空腹式雙曲拱橋，橋梁全長74.88m，主拱圈由5肋4波組成，橋面寬度為凈-7+2×0.5m，原設(shè)計(jì)荷載為汽車-13級(jí)，拖車-60級(jí)。根據(jù)車輛通行情況，該橋承載力明顯不足，為確保該橋的安全、正常運(yùn)營，適應(yīng)交通發(fā)展的需要，對(duì)此橋進(jìn)行了提載加固處理。

加固時(shí)采用的設(shè)計(jì)荷載為公路—II級(jí)，依據(jù)提級(jí)后設(shè)計(jì)荷載按照設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)承載力較薄弱的部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，以提高舊橋的承載力。

2 試 驗(yàn)

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)動(dòng)載測(cè)試內(nèi)容和大橋的結(jié)構(gòu)形式，主要測(cè)試截面為跨中截面、1/4跨和3/4跨。

沖擊系數(shù)、動(dòng)撓度值測(cè)點(diǎn)布置在橋側(cè)1/2截面。測(cè)點(diǎn)縱向布置如圖1所示。

圖1 動(dòng)撓度測(cè)點(diǎn)縱向布置圖

動(dòng)力特性測(cè)點(diǎn)布置在橋側(cè)1/4截面、1/2截面和3/4截面，如圖2所示。

圖2 動(dòng)力特性測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2 加載方案

動(dòng)載試驗(yàn)是利用某種激勵(lì)方法激起大橋的振動(dòng)，測(cè)定大橋的自振頻率、動(dòng)撓度、沖擊系數(shù)等參量，從而宏觀地判斷大橋經(jīng)過加固后的整體剛度與運(yùn)營性能，對(duì)大橋的技術(shù)狀況、實(shí)際工作狀態(tài)等進(jìn)行綜合分析和評(píng)估。

試驗(yàn)時(shí)，采用300kN試驗(yàn)車輛分別以速度為5km/h、10km/h、20km/h、30km/h、40km/h的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在橋上行駛，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形效應(yīng)，測(cè)試橋梁的動(dòng)力特性參數(shù)，并與計(jì)算結(jié)果相比較，從而對(duì)橋梁狀態(tài)作出評(píng)估。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 有限元模擬

采用空間有限元法建立該橋數(shù)值計(jì)算模型，模態(tài)分析計(jì)算得到該橋的自振頻率、振型等動(dòng)力參數(shù)，與加固后實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

利用模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，考慮原橋墩及原拱圈自身重量、拱上填料和混凝土路面質(zhì)量的影響。其拱圈、橋墩、拱上填料、橋面鋪裝采用梁單元來模擬；基礎(chǔ)約束采用固定約束；欄桿、人行道等采用等效荷載的形式加載到拱圈上。結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性根據(jù)上述空間有限元模型用子空間迭代法進(jìn)行計(jì)算。材料性能參數(shù)見表1。建立的有限元模型如圖3所示。

表1 材料性能參數(shù)表

圖3 大橋有限元模型三維視圖

表2 大橋加固后自振頻率實(shí)測(cè)值

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 自振頻率

試驗(yàn)測(cè)得的加固后橋梁的自振頻率如表2所示。

由表2可以看出，大橋加固后的自振頻率的實(shí)測(cè)值均大于計(jì)算值3.67Hz，說明橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力剛度滿足要求。

3.2.2 沖擊系數(shù)

對(duì)加固后大橋在不同速度行駛下的沖擊系數(shù)與理論值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，車輛速度為40 km/h時(shí)測(cè)得的大橋沖擊系數(shù)最大為1.103，且大橋加固后的沖擊系數(shù)的實(shí)測(cè)值小于理論值1.2，說明橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力剛度滿足規(guī)范要求。

3.2.3 阻尼比

對(duì)加固后大橋在不同速度行駛下的沖擊系數(shù)與規(guī)范值進(jìn)行比較，如表3所示。

表3 大橋加固后沖擊系數(shù)

由表3可以看出，大橋加固后的阻尼比實(shí)測(cè)值均小于規(guī)范值，說明橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能滿足規(guī)范要求。

4 結(jié) 語

隨著使用年限的增長以及使用過程中車輛超載等原因的影響，部分橋梁出現(xiàn)了損傷及垮塌的現(xiàn)象。為了延長橋梁使用壽命，需要對(duì)橋梁的使用性能作出評(píng)價(jià)并采取相應(yīng)的措施。因此，進(jìn)行橋梁的使用性能的評(píng)價(jià)顯得很有必要。

本文就是在這樣的背景下，對(duì)加固后的橋梁進(jìn)行了動(dòng)力性能的測(cè)試。經(jīng)過動(dòng)載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該雙曲拱橋加固后的自振頻率、沖擊系數(shù)和阻尼比等動(dòng)力性能參數(shù)均符合要求，可為同類雙曲拱橋的動(dòng)力性能測(cè)試提供借鑒。

[1]王曉陽,趙人達(dá).危舊雙曲拱橋的內(nèi)力分析[J].工程設(shè)計(jì)CAD與智能建筑,2001,(09):59-60.

[2]王文忠.簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋成橋動(dòng)靜載試驗(yàn)研究[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,13(02):9-11+16.

[3]王大剛.雙曲拱橋加固及靜動(dòng)載檢測(cè)數(shù)值模擬研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2016,(06):111-113.

[4]何濤,張巍,吳植安.基于動(dòng)靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁模型修正方法試驗(yàn)研究[J].公路交通科技,2015,32(12):75-80.

[5]吳永毅.基于動(dòng)靜載試驗(yàn)的橋梁狀態(tài)評(píng)估初探[D].華南理工大學(xué),2013.