崔海虎

(內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古 赤峰024005)

1 工程概述

本人橋梁工程橋采用單跨550m的鋼-混疊合梁簡支懸索橋，橋?qū)?0.5 m。加勁梁為鋼-混疊合梁，由鋼梁通過剪力釘與混凝土橋面板結(jié)合而成，加勁梁全寬30.5 m，中心線處梁高3.92 m。主纜成橋狀態(tài)計算跨度為（130+550+210）m，主跨垂跨比為1/10。主纜采用預(yù)制平行鋼絲束股（PPWS），主跨兩根主纜的中心間距25.5 m。橋塔結(jié)構(gòu)是由塔柱、橫梁組成的門式框架。塔柱結(jié)構(gòu)設(shè)計為普通鋼筋混凝土，橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計為預(yù)應(yīng)力混凝土。本工程道路路面為雙向四車道，一級公路。

動載試驗主要通過脈動試驗、無障礙行車及剎車試驗測定橋跨結(jié)構(gòu)在試驗動荷載作用下結(jié)構(gòu)的動力特征，動荷載下的動力響應(yīng)，評定實際結(jié)構(gòu)的動力性能。

2 動載試驗設(shè)計與實施

該橋梁的試驗截面選取主跨（4-4、6-6、8-8）截面進行動載試驗。動載試驗截面布置如圖1所示。采集橋跨結(jié)構(gòu)自由振動狀態(tài)下關(guān)鍵部位振動加速度、特征截面動應(yīng)變時域信號，通過頻譜分析等方法得到橋跨結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)。

圖1 動載測試布置圖

自振特性測定試驗采用的激勵方式：

（1）脈動試驗：試驗前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，再通過環(huán)境隨機振動激勵法，采集設(shè)定長時間下其橋面脈動產(chǎn)生的響應(yīng)信號，再具體分析橋梁結(jié)構(gòu)所屬的實際振型。

（2）無障礙行車激勵：試驗前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，通過4輛載重（載重約35噸）的卡車，以路面中央位置的分隔帶作為中心界線，道路兩邊分別2輛對稱行車，設(shè)定4輛車的速度按照設(shè)定速度勻速行駛且同時起步行駛，分別以30km/h、40km/h、50km/h、60km/h勻速行駛使，采集行駛過程中橋梁所呈現(xiàn)的受迫振動，測算橋跨工程結(jié)構(gòu)受車輛行駛荷載的作用力下采集其動力反應(yīng)時程曲線。

（3）無障礙剎車激勵：試驗前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，通過4輛載重（載重約35噸）的卡車，以路面中央位置的分隔帶作為中心界線，道路兩邊分別2輛對稱行車，設(shè)定4輛車的速度按照設(shè)定速度勻速行駛且同時起步行駛，分別以30km/h、40km/h、50km/h、60km/h勻速行駛至設(shè)定的試驗截面采取剎車，測算橋跨工程結(jié)構(gòu)在車輛行駛制動力荷載作用下其動力反應(yīng)時程曲線。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 橋跨結(jié)構(gòu)振型

采用橋梁領(lǐng)域?qū)I(yè)軟件MIDAS Civil有限元程序（考慮恒載幾何非線性）對大橋整體進行理論分析，主纜及吊索采用桁架模擬，主梁和索塔采用梁單元模擬，橋面板采用板單元模擬，支座按實際位置及約束條件進行模擬，有限元模型共劃分1548個單元（包括桁架單元、梁單元、板單元），772個節(jié)點。

該橋振型采集，對該橋豎平面內(nèi)彎曲、橫向彎曲自振特性以及扭轉(zhuǎn)自振特性進行測試，且模態(tài)測試階數(shù)要求不少于9階（主振型）。實測結(jié)果見表1。從表中可以看出：（1）實測該橋橋跨豎向基頻為0.215 Hz，大于相應(yīng)的理論計算豎向基頻0.162 Hz，實際橋梁結(jié)構(gòu)剛度大于有限元分析剛度。（2）實測振型與理論計算振型基本吻合，橋梁振型無異常情況。

表1 主橋?qū)崪y動力特性

3.2 行車動力響應(yīng)

根據(jù)《公路橋梁荷載試驗規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）中6.6.5 節(jié)要求，對于該特大跨徑橋梁，本次擬采用動應(yīng)變時程曲線計算沖擊系數(shù)。表2為主跨動應(yīng)變測試分析結(jié)果。

表2 主跨動應(yīng)變測試分析結(jié)果表

該橋4-4截面應(yīng)變增大系數(shù)最大值為1.04 ，6-6截面應(yīng)變增大系數(shù)最大值為1.02 ，8-8截面應(yīng)變增大系數(shù)最大值為1.03 。按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》[2]（JTG D60-2015）中規(guī)定，理論計算沖擊系數(shù)μ=0.05 。根據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗方法》[3]中“車輛荷載作用下測定結(jié)構(gòu)的動力系數(shù)（應(yīng)變增大系數(shù)）應(yīng)滿足(σmax-1)η≤μ”的規(guī)定進行計算可知實測沖擊系數(shù)在0.01 ～0.04 之間，小于理論計算沖擊系數(shù)0.05 。因此該橋的實測沖擊系數(shù)滿足規(guī)范要求。

3.3 阻尼比分析結(jié)果

將拾振器安裝在各動載測試截面的橋面鋪裝上，用橡皮泥將拾振器底座與橋面粘貼在一起，用動態(tài)信號采集分析系統(tǒng)進行觀測，得到在行車激振作用下試驗截面的振動速度時程曲線。

根據(jù)采集的振動速度時程曲線擬采用波形分析法進行阻尼比分析，多階自振信號疊加的波形通常首先分離為單一頻率的自振頻率。根據(jù)阻尼比，分析結(jié)果如表3。

表3 阻尼比分析結(jié)果表

實測各階振型阻尼比范圍為0.113 ～0.899 ，說明結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)較小，衰減較慢，這與結(jié)構(gòu)的形式是一致的。

3.4 截面行車振動頻譜分析結(jié)果

從表4的分析數(shù)據(jù)得出，實際的行車振動響應(yīng)數(shù)據(jù)分析基頻均高于設(shè)定的理論基頻，所得數(shù)據(jù)基本與脈動分析基頻相穩(wěn)合。

表4 動載試驗跑車振動曲線頻譜分析結(jié)果表

4 結(jié)論

實際測算數(shù)據(jù)得出本大跨度橋梁的主跨豎向基頻數(shù)據(jù)為0.215 Hz，大于原設(shè)定的理論基頻數(shù)據(jù)0.162 Hz。試驗前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，激勵振動響應(yīng)分析基頻均高出原高定的理論基頻，實際測算的橋跨沖擊系數(shù)范圍在0.01 ～0.04 ，再乘以相應(yīng)的動載效率后小于理論計算沖擊系數(shù)0.05 。大跨度橋梁在車輛運行中其振型沒有產(chǎn)生異常情況，實際測算的振型數(shù)據(jù)與原設(shè)定的理論振型數(shù)據(jù)相吻合，實際測算的阻尼數(shù)據(jù)也基于正常。

以上數(shù)據(jù)表明：試驗前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，橋梁在實測中的各項動力系數(shù)均符合正常設(shè)計，大跨度橋梁的整體動力特性呈現(xiàn)良好，行車性能也基本滿足相關(guān)設(shè)計要求和規(guī)范要求。