梁清清，盧星輔

（貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000）

大型橋梁或新建成橋梁完工后應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)鑒定性質(zhì)的驗(yàn)收荷載試驗(yàn)，目的是對(duì)橋梁的質(zhì)量和工作性能是否與設(shè)計(jì)相符作出檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。通過不同速度的行車試驗(yàn)，測試橋梁結(jié)構(gòu)的振型、阻尼比、速度、加速度、動(dòng)應(yīng)變、沖擊系數(shù)等，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)在行車工況下的實(shí)際工作狀態(tài)，分析評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)及剛度是否滿足設(shè)計(jì)和有關(guān)規(guī)范的要求，為大橋的竣（交）工驗(yàn)收、質(zhì)量評(píng)定和運(yùn)營管養(yǎng)等提供技術(shù)依據(jù)[1]-[3]。

1 工程概況

某橋主跨為680m 單跨鋼桁梁懸索橋，主纜成橋狀態(tài)計(jì)算跨度為（201+680+178）m。橋面寬27.0m，橫向布置為：0.5m（吊索區(qū)）+0.75m（上檢修道）+0.5m（外側(cè)護(hù)欄）+11.39m（行車道）+0.72m（內(nèi)側(cè)護(hù)欄）+11.39m（行車道）+0.5m（外側(cè)護(hù)欄）+0.75m（上檢修道）+0.5m（吊索區(qū)）。道路等級(jí)為雙向四車道高速公路，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)公路-I 級(jí)。

2 有限元計(jì)算分析

該橋主橋結(jié)構(gòu)有限元理論計(jì)算分析，采用橋梁領(lǐng)域?qū)I(yè)軟件MIDAS Civil2021，模型建立時(shí)，作如下考慮：

一期恒載：按結(jié)構(gòu)各構(gòu)件實(shí)際尺寸考慮，結(jié)構(gòu)自重按實(shí)際尺寸計(jì)算；

二期恒載（橋面鋪裝、分隔帶、鋼護(hù)欄等）：以壓力荷載方式作用到板單元上；

汽車荷載：公路-I 級(jí)，根據(jù)設(shè)計(jì)文件本次荷載試驗(yàn)按照雙向6 車道進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，考慮多車道橫向折減系數(shù)0.55。

該有限元模型（如圖1 所示）由4272 個(gè)節(jié)點(diǎn)、11369 個(gè)單元組成，其中梁單元8461 個(gè)，板單元2522 個(gè)，只受拉單元386 個(gè)。

通過對(duì)自重、二期換算荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，對(duì)結(jié)構(gòu)特征值進(jìn)行分析，計(jì)算出橋梁結(jié)構(gòu)的基頻，提取振型圖。根據(jù)基頻按照規(guī)范公式計(jì)算沖擊系數(shù)[4]，具體公式如下：

式中：f—結(jié)構(gòu)基頻（Hz）；

μ—沖擊系數(shù)。

通過有限元軟件計(jì)算得出，該橋理論基頻為0.181Hz（如圖2 所示），根據(jù)規(guī)范計(jì)算出沖擊系數(shù)為0.05。

圖2 一階豎彎振型圖（f1=0.181Hz）

3 行車試驗(yàn)分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)有限元模型計(jì)算結(jié)果，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按懸索橋選取行車試驗(yàn)控制截面，所選行車試驗(yàn)控制截面滿足規(guī)范有關(guān)橋梁行車試驗(yàn)工況及測試截面要求。

3.1 控制截面選取

根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合有限元模型，確定該橋行車試驗(yàn)的測試截面，選取主跨L/8、L/4、3L/8、L/2 位置作為測試截面，各截面測點(diǎn)分別布置于上下游的上下弦桿處。

3.2 試驗(yàn)工況

行車試驗(yàn)工況：在橋面無任何障礙的情況下，采用2 輛載重汽車（單輛重約35t）以中央分隔帶為中心線兩邊對(duì)稱跑車，要求車輛盡可能保持同速、同步、同向行駛，以10～50km/h 的速度勻速跑車使橋梁產(chǎn)生受迫振動(dòng)，測定橋跨結(jié)構(gòu)在運(yùn)行車輛荷載作用下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)、動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)態(tài)增量以及動(dòng)力反應(yīng)時(shí)程曲線。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

以不同的速度進(jìn)行無障礙行車試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)結(jié)果可以進(jìn)行阻尼比、沖擊系數(shù)分析。

通過采集行車余振分析橋梁結(jié)構(gòu)自振特性，根據(jù)J3 截面20km/h 速度跑車時(shí)程曲線計(jì)算得到阻尼比為1.42%。跑車時(shí)程曲線如圖3 所示，通過采集行車動(dòng)應(yīng)變分析橋梁結(jié)構(gòu)行車動(dòng)力響應(yīng)，動(dòng)力響應(yīng)測試結(jié)果詳見表1。

表1 動(dòng)力響應(yīng)測試分析結(jié)果

圖3 J3 截面20km/h 速度跑車時(shí)程曲線

實(shí)測沖擊系隨車速的變化曲線如圖4 所示：

圖4 實(shí)測沖擊系數(shù)隨車速的變化曲線

實(shí)測部分行車動(dòng)力響應(yīng)如圖5～9 所示：

圖5 20km/h 行車試驗(yàn)J1 下游下弦截面動(dòng)力響應(yīng)

圖6 30km/h 行車試驗(yàn)J2 上游上弦截面動(dòng)力響應(yīng)

圖7 30km/h 行車試驗(yàn)J3 下游下弦截面動(dòng)力響應(yīng)

圖8 10km/h 行車試驗(yàn)J4 上游上弦截面動(dòng)力響應(yīng)

圖9 40km/h 行車試驗(yàn)J4 下游下弦截面動(dòng)力響應(yīng)

4 結(jié)論

通過對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在不同速度的無障礙行車試驗(yàn)激勵(lì)下，測試得到了各個(gè)控制截面動(dòng)應(yīng)變、時(shí)程曲線以及沖擊系數(shù)。經(jīng)過計(jì)算分析，該橋梁結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)在0.008～0.048 之間，小于理論沖擊系數(shù)0.05。試驗(yàn)結(jié)果表明，該橋的動(dòng)力響應(yīng)正常，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。