基于動載試驗的某雙曲拱橋動力性能評價

楊志鵬（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020）

我國在上世紀末期建造了諸多橋梁，其中一些橋梁由于各種各樣的原因，出現了比較嚴重的損傷及垮塌現象。因此，為了使橋梁能夠安全的運營，需要對橋梁進行必要的檢查及維護[1]。然而，僅僅從橋梁的外觀等方面進行檢測不能很好的掌握橋梁的性能，為了更好的掌握橋梁的受力性能，經常用動靜載試驗的方法來評估橋梁的受力性能[2]。

橋梁的動靜載試驗就是預先計算好橋梁的最不利荷載；然后按照最不利位置進行加載，并在橋梁的相應位置處布置應變計、傳感器等裝置收集相關參數；最后將測量的結果與計算結果進行比較，符合規范要求則為合格。文獻[3-5]就是利用動靜載試驗對各種橋梁進行了力學性能的評估。本文是在現有研究的基礎上，針對加固完成的一座雙曲拱橋進行了動載試驗，掌握橋跨結構的動力性能和動力反應，從而對該橋的加固結果做出評估。

1 工程概況

某雙曲拱橋為單孔凈跨徑為50m的空腹式雙曲拱橋，橋梁全長74.88m，主拱圈由5肋4波組成，橋面寬度為凈-7+2×0.5m，原設計荷載為汽車-13級，拖車-60級。根據車輛通行情況，該橋承載力明顯不足，為確保該橋的安全、正常運營，適應交通發展的需要，對此橋進行了提載加固處理。

加固時采用的設計荷載為公路—II級，依據提級后設計荷載按照設計規范對結構進行力學計算，根據計算結果對承載力較薄弱的部位進行補強加固，以提高舊橋的承載力。

2 試 驗

2.1 測點布置

根據動載測試內容和大橋的結構形式，主要測試截面為跨中截面、1/4跨和3/4跨。

沖擊系數、動撓度值測點布置在橋側1/2截面。測點縱向布置如圖1所示。

圖1 動撓度測點縱向布置圖

動力特性測點布置在橋側1/4截面、1/2截面和3/4截面，如圖2所示。

圖2 動力特性測點布置圖

2.2 加載方案

動載試驗是利用某種激勵方法激起大橋的振動，測定大橋的自振頻率、動撓度、沖擊系數等參量，從而宏觀地判斷大橋經過加固后的整體剛度與運營性能，對大橋的技術狀況、實際工作狀態等進行綜合分析和評估。

試驗時，采用300kN試驗車輛分別以速度為5km/h、10km/h、20km/h、30km/h、40km/h的運動狀態在橋上行駛，使結構產生動態變形效應，測試橋梁的動力特性參數，并與計算結果相比較，從而對橋梁狀態作出評估。

3 試驗結果

3.1 有限元模擬

采用空間有限元法建立該橋數值計算模型，模態分析計算得到該橋的自振頻率、振型等動力參數，與加固后實測結果進行對比。

利用模型進行計算時，考慮原橋墩及原拱圈自身重量、拱上填料和混凝土路面質量的影響。其拱圈、橋墩、拱上填料、橋面鋪裝采用梁單元來模擬；基礎約束采用固定約束；欄桿、人行道等采用等效荷載的形式加載到拱圈上。結構的動力特性根據上述空間有限元模型用子空間迭代法進行計算。材料性能參數見表1。建立的有限元模型如圖3所示。

表1 材料性能參數表

圖3 大橋有限元模型三維視圖

表2 大橋加固后自振頻率實測值

3.2 試驗結果

3.2.1 自振頻率

試驗測得的加固后橋梁的自振頻率如表2所示。

由表2可以看出，大橋加固后的自振頻率的實測值均大于計算值3.67Hz，說明橋梁結構動力剛度滿足要求。

3.2.2 沖擊系數

對加固后大橋在不同速度行駛下的沖擊系數與理論值進行比較發現，車輛速度為40 km/h時測得的大橋沖擊系數最大為1.103，且大橋加固后的沖擊系數的實測值小于理論值1.2，說明橋梁結構動力剛度滿足規范要求。

3.2.3 阻尼比

對加固后大橋在不同速度行駛下的沖擊系數與規范值進行比較，如表3所示。

表3 大橋加固后沖擊系數

由表3可以看出，大橋加固后的阻尼比實測值均小于規范值，說明橋梁結構動力性能滿足規范要求。

4 結 語

隨著使用年限的增長以及使用過程中車輛超載等原因的影響，部分橋梁出現了損傷及垮塌的現象。為了延長橋梁使用壽命，需要對橋梁的使用性能作出評價并采取相應的措施。因此，進行橋梁的使用性能的評價顯得很有必要。

本文就是在這樣的背景下，對加固后的橋梁進行了動力性能的測試。經過動載試驗發現該雙曲拱橋加固后的自振頻率、沖擊系數和阻尼比等動力性能參數均符合要求，可為同類雙曲拱橋的動力性能測試提供借鑒。

[1]王曉陽,趙人達.危舊雙曲拱橋的內力分析[J].工程設計CAD與智能建筑,2001,(09):59-60.

[2]王文忠.簡支轉連續梁橋成橋動靜載試驗研究[J].長春工程學院學報(自然科學版),2012,13(02):9-11+16.

[3]王大剛.雙曲拱橋加固及靜動載檢測數值模擬研究[J].工程建設與設計,2016,(06):111-113.

[4]何濤,張巍,吳植安.基于動靜載試驗數據的預應力混凝土梁模型修正方法試驗研究[J].公路交通科技,2015,32(12):75-80.

[5]吳永毅.基于動靜載試驗的橋梁狀態評估初探[D].華南理工大學,2013.