■陳文昌

（漳州市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法支隊(duì)，漳州 363000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 公路交通建設(shè)突飛猛進(jìn)。 特別是改革開放40 年來，公路橋梁日新月異，建設(shè)了大量的各種橋型。 隨著交通量的猛增，大量病害損傷問題逐漸涌現(xiàn)，給公路養(yǎng)護(hù)部門帶來了壓力。 橋梁檢測、評估工作在橋梁工程中將占有重要地位[1-3]。 目前，橋梁檢測的主要手段是對橋梁進(jìn)行靜載、動載試驗(yàn)，通過靜載試驗(yàn)評估橋梁是否安全可靠，通過動載試驗(yàn)分析由傳感器采集到的橋梁響應(yīng)信號，獲取橋梁的模態(tài)參數(shù)，如自振頻率、振型、阻尼比[4-6]。 本文以漳州市某五跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T 梁橋?yàn)槔?介紹了該橋動載試驗(yàn)和模態(tài)參數(shù)識別的過程與方法，并對橋梁局部位置損傷和預(yù)應(yīng)力損失是否影響動力特性參數(shù)做出討論。

1 工程概況

G324 線云霄城關(guān)大橋項(xiàng)目位于漳州市云霄縣云陵鎮(zhèn)，總長約1.7 km。其中第四聯(lián)為5 m×30 m 的預(yù)應(yīng)力連續(xù)T 梁橋，該橋橫斷面由5 片T 梁組成，T 梁高為2 m，且每跨布置2 道端橫隔板和5 道中橫隔板。 橫向斷面布置為： 防撞欄 （0.5 m）+行車道（11.75 m）+防撞欄（0.5 m）。橋面鋪裝層表層為瀝青混凝土，厚8 cm；底層為現(xiàn)澆混凝土，厚6 cm。 具體橫斷面如圖1 所示。

圖1 橋梁橫斷面

2 結(jié)構(gòu)有限元?jiǎng)恿μ匦苑治瞿Ｐ?/h2>

運(yùn)用Midas Civil 軟件，建立預(yù)應(yīng)力連續(xù)T 梁橋有限元模型進(jìn)行研究。主梁截面材料主要由C50 混凝土組成，彈性模量為34.5 GPa，密度為2600 kg/m3。橋面鋪裝和橫隔板混凝土材料特性與主梁相同。 邊界條件按照設(shè)計(jì)圖紙中支座的類型和布置進(jìn)行設(shè)置，并將橋面鋪裝荷載和自重轉(zhuǎn)換為質(zhì)量進(jìn)行模態(tài)分析。 以橋梁左幅第四聯(lián)為例， 有限元模型如圖2所示。

圖2 橋梁左幅第四聯(lián)有限元模型

3 動力特性測試與結(jié)果對比

3.1 動力特性測試的概念

動力特性測試屬于橋梁動載試驗(yàn)中的一項(xiàng)測試內(nèi)容，主要測試結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型和阻尼比。測試的理論基礎(chǔ)為橋梁結(jié)構(gòu)的損傷將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生變化，并引起動力特性發(fā)生改變。 動力特性測試的檢測速度快、投入少，測試結(jié)果具有客觀性強(qiáng)且能夠發(fā)現(xiàn)隱蔽部位的病害等優(yōu)點(diǎn)[7]。

3.2 動力特性測試內(nèi)容與方法

本文采用自然環(huán)境激勵(lì)法來測量分析橋跨結(jié)構(gòu)的動力特性[8]，在橋面無交通荷載及橋址附近沒有規(guī)則振源的情況下，測定橋跨結(jié)構(gòu)由于橋址處風(fēng)荷載等隨機(jī)荷載激振而引起的橋跨結(jié)構(gòu)的微小振動響應(yīng)，以測量橋梁的自振頻率及振型。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集使用豎向速度傳感器，測點(diǎn)布置如圖3 所示。

圖3 橋梁左幅第四聯(lián)自由振動試驗(yàn)測點(diǎn)布置圖

3.3 動力特性試驗(yàn)與有限元計(jì)算結(jié)果及對比

通過采集分析該橋動荷載試驗(yàn)及有限元計(jì)算結(jié)果分別得到對應(yīng)的基頻及振型如表1、圖4 所示。圖4 為該橋前3 階振型理論值與實(shí)際值。

表1 橋左幅第四聯(lián)動力特性

圖4 結(jié)構(gòu)理論振型與實(shí)測振型對比圖

現(xiàn)場自振特性試驗(yàn)結(jié)果表明，該橋豎彎實(shí)測振型與理論振型吻合，說明測試結(jié)果真實(shí)、可信，且實(shí)測一階自振頻率大于理論值，說明該橋整體剛度較好，有較強(qiáng)的抗沖擊性能。

4 損傷對T 梁動力特性的影響分析

4.1 支座處主梁截面損傷影響

為研究橋梁在實(shí)際工程中的損傷基頻，本文以支座處主梁剛度折減來模擬損傷程度，在上述模型中對支座處主梁剛度分別折減0.5、0.7，并與實(shí)際橋梁基頻對比。 在有限元模型中，主梁剛度的折減主要通過削減截面剛度特性來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)模擬，模擬結(jié)果如圖5 所示。

從圖5 中橋梁前10 階頻率來看，支座處主梁損傷越大（剛度折減越大），全橋整體基頻下降越明顯，且高階次的頻率測試效果較低階次的測試效果更加顯著。 低階次較難分辨出剛度折減帶來的影響。

圖5 支座處主梁剛度折減基頻

4.2 跨中截面損傷影響

為研究橋梁跨中截面損傷對橋梁基頻的影響，本文以跨中處主梁截面剛度折減來模擬損傷程度，在上述模型中對跨中處主梁剛度分別折減0.5、0.7，并與實(shí)際橋梁基頻對比。 在有限元模型中，主梁剛度的折減主要通過削減截面剛度特性來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)模擬，模擬結(jié)果如圖6 所示。

圖6 主梁跨中剛度折減基頻

從圖6 可知，與支點(diǎn)剛度折減類似，橋梁前10 階頻率來看，跨中處主梁損傷越大，全橋整體基頻下降明顯，高階與低階頻率測試效果類似，均能夠較顯著地反應(yīng)結(jié)構(gòu)剛度的變化。

4.3 橫隔梁剛接縫損傷影響

為研究橋梁中橫隔板剛接縫損傷對全橋基頻的影響，以剛接縫剛度折減來模擬損傷程度，在上述模型中對剛接縫剛度分別折減0.5、0.7，并與實(shí)際橋梁基頻對比（剛度未折減）。 在有限元模型中通過降低橫向聯(lián)系的截面特性模擬接縫處剛度的折減。

由圖7 可知，前5 階基頻幾乎都相同，后5 階基頻隨著剛接縫損傷程度增加，全橋整體基頻僅受輕微影響， 說明橫隔梁剛接縫損傷對預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁橋前10 階振型及頻率的影響并不明顯。

圖7 橫隔板剛接縫剛度折減基頻

4.4 預(yù)應(yīng)力損失的影響

預(yù)應(yīng)力的存在，對結(jié)構(gòu)的靜力效應(yīng)有積極的作用， 能夠補(bǔ)充混凝土材料抗拉強(qiáng)度不足的劣勢，充分發(fā)揮其抗壓強(qiáng)度大的優(yōu)勢，同時(shí)節(jié)約材料，還可以改變結(jié)構(gòu)的剛度，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減小結(jié)構(gòu)的變形等。

為研究預(yù)應(yīng)力損失對結(jié)構(gòu)基頻的影響，選取某在建項(xiàng)目梁場中某30 m 預(yù)制T 梁。 在預(yù)張拉0%、30%、50%、70%跟100%張拉力的情況下，現(xiàn)場測試梁片的前10 階振動頻率， 同時(shí)建立有限元模型進(jìn)行模擬分析。 現(xiàn)場實(shí)測頻率值如表2 所示，對比分析如圖8、圖9 所示。

表2 不同張拉力下前10 階實(shí)測頻率結(jié)果

圖8 不同預(yù)張拉力作用下梁片的基頻實(shí)測值與理論值曲線

圖9 不同張拉力下的實(shí)測頻率

結(jié)果顯示，30 m 簡支T 梁，頻率都是隨階數(shù)上升而增大，但并未隨張拉力增大而明顯變化，預(yù)張拉力對頻率影響較小，其兩者之間并沒有明確的等效關(guān)系。

5 結(jié)論

綜上所述，研究結(jié)果顯示：（1）對比橋梁動載試驗(yàn)和有限元數(shù)值分析結(jié)果， 實(shí)測一階基頻大于理論值，表明在結(jié)構(gòu)無病害存在的情況下，整體剛度較好，有良好的動力性能。 （2）橋梁支座處主梁的損傷會影響全橋的基頻， 并且隨著損傷程度的增加，全橋整體的基頻降低。 （3）跨中處主梁的損傷對全橋剛度的影響明顯， 且高階與低階頻率測試效果類似， 均能夠較顯著地反應(yīng)結(jié)構(gòu)剛度的變化。 （4）橫隔板剛接縫的損傷對結(jié)構(gòu)的動力特性影響不大，隨著剛接縫損傷程度的增加，全橋整體基頻并沒有明顯降低。 （5）實(shí)測結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)整體基頻主要影響因素是整體剛度， 預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)自振頻率有增大的影響，但影響較小，兩者之間沒有明顯的比例關(guān)系。