葉 要 武

(湖南省高速公路建設(shè)開(kāi)發(fā)總公司湘西管理處，湖南 湘西 416000)

0 引言

自振頻率、動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試是初步評(píng)定橋梁狀態(tài)和基礎(chǔ)病害的重要方法。車(chē)輛在行駛過(guò)程中的荷載作用和其他周邊動(dòng)荷載都會(huì)對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊和震動(dòng)影響，這些動(dòng)力作用已成為橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)和維修等過(guò)程中重要的影響部分[1]。橋梁的路基所承擔(dān)的力包含兩方面：1)上部結(jié)構(gòu)的重量；2)長(zhǎng)期的行車(chē)荷載作用；車(chē)速的提高，荷載密度增大，對(duì)路基的沖擊作用更強(qiáng)，路基內(nèi)的附加動(dòng)應(yīng)力也隨著增大，從而產(chǎn)生更強(qiáng)烈的沖擊動(dòng)荷載[2]。

1 工程概況

本橋位于窯后頭附近，橋梁起于一山坡的半山腰處，跨越省道303、農(nóng)田和沖溝，橋梁主要受地形控制。全橋共2聯(lián)：2×(3×40) m；上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土(后張)連續(xù)小箱梁；下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用U臺(tái)，3號(hào)～4號(hào)橋墩采用薄壁空心墩，其余橋墩采用柱式墩，橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋墩采用樁基礎(chǔ)。橋梁布置如圖1，圖2所示。

2 測(cè)試?yán)碚?/h2>

橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)力測(cè)試一般包括兩方面：一是自振特性測(cè)試；二是動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試。自振特性測(cè)試一般使用脈動(dòng)法，通過(guò)不同位置的傳感器，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)不同方向的振動(dòng)信號(hào)，并將獲得的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行譜分析處理，進(jìn)而得到各測(cè)點(diǎn)功率譜及不同測(cè)點(diǎn)和參考點(diǎn)之間的信號(hào)相位關(guān)系。

動(dòng)力響應(yīng)測(cè)試主要是測(cè)試在動(dòng)荷載情況下，橋梁各構(gòu)件受力和變形的時(shí)域響應(yīng)，并分析其構(gòu)件受力的時(shí)程響應(yīng)與動(dòng)力放大效應(yīng)等(即沖擊作用)[3]，依據(jù)沖擊系數(shù)評(píng)定橋梁的結(jié)構(gòu)條件和通車(chē)前的工作狀態(tài)，初步確定預(yù)估橋梁的結(jié)構(gòu)工作性能[4]。

3 試驗(yàn)方法

3.1 脈動(dòng)試驗(yàn)

在橋面或行車(chē)道上測(cè)試時(shí)無(wú)交通荷載或者無(wú)規(guī)律振源下，通過(guò)高靈敏度動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定隨機(jī)荷載激振而引起橋跨結(jié)構(gòu)的微小振動(dòng)響應(yīng)(自由振動(dòng)位移時(shí)程曲線(xiàn))。

對(duì)應(yīng)測(cè)試參數(shù)：結(jié)構(gòu)的固有頻率f0。

3.2 無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)

在測(cè)試地點(diǎn)不存在障礙的情況下，用一輛重載汽車(chē)以20 km/h，30 km/h，40 km/h等速度勻速通過(guò)橋梁，根據(jù)橋梁的動(dòng)應(yīng)變或動(dòng)撓度曲線(xiàn)測(cè)定橋梁的沖擊系數(shù)，對(duì)跑車(chē)余振進(jìn)行分析處理測(cè)定橋梁的阻尼比。

對(duì)應(yīng)測(cè)試參數(shù)：沖擊系數(shù)μ；阻尼比D。

自振特性測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置為縱向位于J1,J3截面，橫向位置布置在測(cè)試橋跨距外側(cè)防撞護(hù)欄20 cm左右橋面處。測(cè)點(diǎn)布置如圖3～圖6所示。

4 結(jié)果及分析

4.1 結(jié)構(gòu)自振特性檢測(cè)結(jié)果

采用脈動(dòng)、行車(chē)余振來(lái)增加橋梁震動(dòng)頻率，通過(guò)使用較高靈敏加速計(jì)記錄結(jié)構(gòu)自身的自振信號(hào)，并分析計(jì)算得出橋梁自身的自振頻率，圖7～圖12為橋梁自振信號(hào)頻譜圖，實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)自振特性匯總?cè)绫?所示。

表1 自振特性檢測(cè)結(jié)果匯總表

在理論識(shí)別范圍內(nèi)，橋跨結(jié)構(gòu)的一階頻率均為3.28 Hz。一般確定自振頻率的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)可由fmi/fdi確定(fmi為自振頻率；fdi為理論自振頻率)。

具體評(píng)定標(biāo)度如表2所示[5]，通過(guò)公式計(jì)算得出：該橋左右幅實(shí)測(cè)自振頻率fmi與理論自振頻率fdi的比值為1.66，查表2可知：該橋左右幅自振頻率評(píng)定標(biāo)度均為1。

表2 橋梁自振頻率評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

4.2 行車(chē)動(dòng)力響應(yīng)檢測(cè)結(jié)果

在進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)測(cè)試的同時(shí)對(duì)試驗(yàn)橋跨進(jìn)行了動(dòng)應(yīng)變測(cè)試，部分行車(chē)試驗(yàn)動(dòng)力響應(yīng)實(shí)測(cè)信號(hào)如圖13～圖18所示。

車(chē)輛以不同速度駛過(guò)橋梁時(shí)，根據(jù)圖13～圖18所示，計(jì)算得到橋梁跨中節(jié)點(diǎn)最大位移及沖擊系數(shù)如表3所示。

表3 橋梁跨中節(jié)點(diǎn)最大位移及沖擊系數(shù)

車(chē)速/km·h-10203040最大位移/cm1.150 02.080 02.230 02.418 0沖擊系數(shù)0.809 00.939 01.103 0

經(jīng)分析：橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)最大沖擊系數(shù)為1.103，已考慮荷載效率修正，根據(jù)理論分析[6]頻率1.97 Hz換算的沖擊系數(shù)為1.104，可見(jiàn)橋梁實(shí)際沖擊系數(shù)較小，實(shí)際沖擊系數(shù)小于理論計(jì)算值，結(jié)構(gòu)行車(chē)條件較好。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)窯后頭大橋進(jìn)行動(dòng)脈試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：橋左右幅自振頻率評(píng)定標(biāo)度均為1，采用一階豎向頻率評(píng)定該項(xiàng)標(biāo)度更加客觀合理的反映橋梁的技術(shù)狀況;同時(shí)通過(guò)無(wú)障礙行車(chē)試驗(yàn)結(jié)果表明:該橋梁的最大沖擊系數(shù)為1.103，小于理論計(jì)算沖擊系數(shù)1.104，可見(jiàn)橋梁實(shí)際沖擊系數(shù)較小，實(shí)際沖擊系數(shù)小于理論計(jì)算值，結(jié)構(gòu)行車(chē)條件較好。