振蕩壓實(shí)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷影響研究

武海燕WU Hai-yan；張丙璽ZHANG Bing-xi；左俊朝ZUO Jun-chao

（①河北省高速公路管理局，石家莊 050031；②邢臺(tái)市邢衡高速公路管理處，邢臺(tái) 054000）

（①Hebei Province Expressway Management Bureau，Shijiazhuang 050031，China；②Xingtai-Hengshui Expressway Management Office in Xingtai，Xingtai 054000，China）

0 引言

振蕩壓實(shí)是一種振動(dòng)與搓揉相結(jié)合的壓實(shí)方法，由于其能夠很好地解決靜壓壓實(shí)、振動(dòng)壓實(shí)在橋面鋪裝壓實(shí)中存在的問(wèn)題，因此在橋面鋪裝作業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但若橋面振蕩壓實(shí)施工時(shí)，振蕩壓路機(jī)與橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，這無(wú)疑會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成永久性的損傷破壞，從而降低橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，因此研究振蕩壓實(shí)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷影響具有重要的意義。

1 振蕩壓實(shí)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)模型

振蕩壓路機(jī)是通過(guò)振蕩輪內(nèi)部對(duì)稱于滾輪中心軸安裝的兩根偏心軸不斷旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的水平振動(dòng)激發(fā)被壓材料顆粒運(yùn)動(dòng)，利用土力學(xué)交變剪應(yīng)變的原理進(jìn)行壓實(shí)[1,2,3]。

要對(duì)橋面振蕩壓實(shí)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行分析必須建立其整個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，本文采用Hamilton原理推算結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力學(xué)方程，建立分階段振蕩壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型如圖1 所示。

2 橋梁自振頻率仿真分析

2.1 工程概況

邢衡高速公路老漳河特大橋主橋長(zhǎng)150m，跨徑組合為（40+70+40）m，橋梁平面位于R=6000m 左偏圓曲線上，單幅橋?qū)?4.012m，主梁采用單箱單室直腹板箱梁，為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。

圖1 振蕩輪與地面相互作用的動(dòng)力學(xué)模型

2.2 MIDAS 仿真計(jì)算

在對(duì)老漳河特大橋主橋進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，采用梁格法原理，將其簡(jiǎn)化為平面桿系結(jié)構(gòu)，采用MIDAS 建立有限元模型[4,5]，全橋共74 個(gè)節(jié)點(diǎn)，57 個(gè)單元，如圖2。

振蕩參數(shù)見(jiàn)表1，計(jì)算得出老漳河特大橋主橋固有周期及前八階振型，部分振型圖見(jiàn)圖3～圖4，計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

2.3 ANSYS 仿真計(jì)算

圖2 老漳河特大橋主橋模型簡(jiǎn)圖

表1 振蕩參數(shù)

圖3 老漳河特大橋主橋一階振型圖

圖4 老漳河特大橋主橋八階振型圖

表2 老漳河特大橋主橋自振頻率計(jì)算結(jié)果

利用ANSYS 對(duì)老漳河特大橋主橋進(jìn)行仿真計(jì)算，通過(guò)其模態(tài)分析功能對(duì)主橋的自振頻率及周期進(jìn)行計(jì)算分析，得出其前八階振型及振動(dòng)頻率如表3 所示，部分振型圖見(jiàn)圖5～圖6。

2.4 結(jié)果分析

①由MIDAS 和ANSYS 對(duì)比分析知，兩種軟件計(jì)算主橋的各階頻率值都十分接近，滿足精度要求。

②主橋前8 階累計(jì)振型參與質(zhì)量比為93.2%，可以看出前8 階涵蓋了主橋的主要振型。因此此范圍內(nèi)各階頻率的大小就能反映外在激勵(lì)作用下主橋振動(dòng)反映的強(qiáng)烈程度。如果二者十分接近，就類似于共振，外激勵(lì)將引起主橋的強(qiáng)烈振動(dòng)，如果相差甚遠(yuǎn)，荷載放大效應(yīng)就十分微弱。

3 結(jié)論

綜上可知，老漳河特大橋主橋自振頻率ω 與振蕩壓路機(jī)頻率θ=30hz 相差甚遠(yuǎn)，所以振蕩壓路機(jī)與橋梁不會(huì)產(chǎn)生共振，故振蕩壓路機(jī)在橋面鋪裝過(guò)程中不會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成永久性損傷。

圖5 老漳河大橋主橋一階振型

圖6 老漳河大橋主橋八階振型

表3 老漳河特大橋主橋自振頻率計(jì)算結(jié)果

[1]王曉磊.振蕩壓實(shí)在大跨徑混凝土橋梁鋪裝中的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011.

[2]萬(wàn)漢馳.振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)機(jī)構(gòu)分析[J].建筑機(jī)械化，2007（3）.

[3]丁勇強(qiáng).振蕩壓實(shí)技術(shù)在瀝青路面施工中應(yīng)用的研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2008:04.

[4]馬學(xué)良.振蕩壓路機(jī)壓實(shí)動(dòng)力學(xué)及壓實(shí)過(guò)程控制關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2008.

[5]田麗梅，楊春紅，王國(guó)安.國(guó)內(nèi)外振動(dòng)振蕩壓路機(jī)動(dòng)力學(xué)模型[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，4.