貴州烏江三橋成橋動(dòng)力特性試驗(yàn)研究?

張力文，曹文婷

（1.重慶市交通工程質(zhì)量檢測有限公司，重慶 400067；2.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）

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貴州烏江三橋成橋動(dòng)力特性試驗(yàn)研究?

張力文1，曹文婷2

（1.重慶市交通工程質(zhì)量檢測有限公司，重慶 400067；2.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）

摘要：介紹了貴州烏江三橋斜拉橋動(dòng)力荷載試驗(yàn)方法和過程，并對動(dòng)載固有頻率、控制截面影響線、動(dòng)應(yīng)變等參數(shù)實(shí)測值和計(jì)算值進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，控制截面測點(diǎn)實(shí)測基頻與計(jì)算值較吻合，實(shí)測影響線與計(jì)算值規(guī)律完全符合，橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能良好。

關(guān)鍵詞：橋梁；斜拉橋；荷載試驗(yàn)；固有頻率；影響線；動(dòng)應(yīng)變；動(dòng)力性能

2　測試內(nèi)容及測點(diǎn)布置

2.1測試內(nèi)容

橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)的基本特征，包括固有頻率、阻尼系數(shù)和振型等，只與橋梁結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量分布、剛度、支承情況等有關(guān)，與外載荷無關(guān)。動(dòng)載試驗(yàn)通過大量實(shí)測數(shù)據(jù)信號，揭示橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律，綜合評價(jià)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能。

該橋主橋動(dòng)力特性測試主要檢測固有頻率；主橋測試截面動(dòng)力響應(yīng)檢測包括動(dòng)應(yīng)變、振動(dòng)加速度、沖擊效應(yīng)，共進(jìn)行4種車速無障礙跑車，J1、J3、J4截面跳車和脈動(dòng)等工況試驗(yàn)。試驗(yàn)程序見表1。

表1　主橋動(dòng)力試驗(yàn)程序

2.2測點(diǎn)布置

主橋動(dòng)力試驗(yàn)共設(shè)置中跨3個(gè)測試截面，即遵義側(cè)邊跨最大正彎矩截面J1、銅仁側(cè)邊跨1/4L截面J3、邊跨跨中截面J4（見圖2），各測試截面測點(diǎn)布置見圖3。

圖2　主橋動(dòng)力試驗(yàn)測試截面布置（單位：m）

3　頻率測試

3.1主跨振型計(jì)算結(jié)果

采用MIDAS/Civil有限元空間模型計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，圖4為主跨豎向彎曲理論振型。

圖3　J1、J3、J4截面動(dòng)力試驗(yàn)測點(diǎn)布置

圖4　主跨豎向彎曲理論振型

3.2跳車及脈動(dòng)實(shí)測結(jié)果

在主跨J1、J3、J4截面采用跳車使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動(dòng)，用高靈敏加速度計(jì)拾取結(jié)構(gòu)自振信號，通過分析計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼比，并通過對脈動(dòng)信號的分析處理識(shí)別結(jié)構(gòu)的自振頻率。圖5～7為跳車自振頻譜分析結(jié)果，圖8～10為脈動(dòng)信號頻譜分析結(jié)果，主橋動(dòng)力特性實(shí)測結(jié)果見表2。從中可看出實(shí)測1～5階頻率與計(jì)算值較接近，顯示出較好的規(guī)律性。

4　應(yīng)變影響線測試

對低速跑車試驗(yàn)（5 km/h左右）的動(dòng)應(yīng)變信號進(jìn)行濾波處理，得到準(zhǔn)靜態(tài)分量，即相應(yīng)測試部位的應(yīng)變影響線。圖11為J1、J4截面縱肋下緣實(shí)測應(yīng)變影響線及計(jì)算彎矩影響線。從中可看出實(shí)測應(yīng)變影響線與計(jì)算值較吻合。

圖5　實(shí)測跳車自振頻譜（J1截面）

圖6　實(shí)測跳車自振頻譜（J3截面）

圖7　實(shí)測跳車自振頻譜（J4截面）

圖8　實(shí)測脈動(dòng)信號頻譜（J1截面）

5　動(dòng)力響應(yīng)測試

在橋面無障礙情況下，采用2輛加載車（2#、3#）以橋軸線為對稱軸并排勻速通過橋梁，速度為5 ～30 km/h，通過測定振動(dòng)加速度和動(dòng)應(yīng)變，考察不同車速作用下測試部位的動(dòng)力增大效應(yīng)。跑車試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)檢測結(jié)果見表3。

圖9　實(shí)測脈動(dòng)信號頻譜（J3截面）

圖10　實(shí)測脈動(dòng)信號頻譜（J4截面）

表2　主跨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性檢測結(jié)果

圖11　影響線實(shí)測值與計(jì)算值

通過對動(dòng)應(yīng)變時(shí)間歷程曲線的計(jì)算，得到測試截面的應(yīng)變增大系數(shù)：

式中：εdmax為最大動(dòng)應(yīng)變；εjmax為最大靜應(yīng)變；εp為動(dòng)應(yīng)變信號半峰值。

k值反映了移動(dòng)荷載對結(jié)構(gòu)的沖擊效應(yīng)。圖12為測試截面應(yīng)變增大系數(shù)隨車速的變化曲線，圖13為測試截面振動(dòng)加速度隨車速的變化曲線。從中可以看出：雙加載車輛以5～30 km/h的速度勻速通過橋梁時(shí)，測試截面的應(yīng)變增大系數(shù)為1.00～1.05，豎向振動(dòng)加速度為0.19～0.62 m/s2，對大橋結(jié)構(gòu)的沖擊較小。

表3　跑車試驗(yàn)動(dòng)力響應(yīng)檢測結(jié)果

圖12　測試截面應(yīng)變增大系數(shù)隨車速的變化曲線

圖13　測試截面豎向振動(dòng)加速度隨車速的變化曲線

6　結(jié)語

貴州烏江三橋在動(dòng)力荷載作用下，實(shí)測1～5階頻率與計(jì)算值的比值為0.96～1.15，基本吻合；實(shí)測J1、J4截面影響線與計(jì)算值亦具有較高的吻合度；行車試驗(yàn)的應(yīng)變增大系數(shù)為1.00～1.05，豎向振動(dòng)加速度為0.19～0.62 m/s2，無障礙行車時(shí)汽車對大橋結(jié)構(gòu)的沖擊較小。

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橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：公路Ⅰ級、城鎮(zhèn)郊區(qū)行人密集地區(qū)公路橋梁人群荷載。橋面寬度：凈14 m +2× 3.25 m（人行道）+2×2.7 m（布索區(qū)）=25.9 m。

中圖分類號：U448.27

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0194-04

圖1主橋整體布置示意圖（單位：m）

收稿日期：2015-05-21