大跨徑混凝土斜拉橋動(dòng)力荷載試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

羅 恒，單積明

（北京市建設(shè)工程質(zhì)量第三檢測(cè)所有限責(zé)任公司，北京100037）

1 工程概況

某橋?yàn)橐蛔缃p塔雙索面大跨徑混凝土斜拉橋，跨徑布置為149＋330＋149m，采用塔梁分離式懸浮體系，橋面凈寬18m（凈15m＋2×1.5m人行道）。立面布置示意見圖1。該橋荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽車-超20級(jí)，掛車-120；人群：3.5kN/m2；4）橋面寬度：1.5m人行道+0.25m路緣帶+2×3.5m車行道+0.5m雙黃線+2×3.5m車行道+0.25m路緣帶+1.5m人行道=18m；地震烈度為Ⅵ度。

圖1 橋梁立面示意圖（單位：cm）

主梁采用預(yù)應(yīng)力砼雙縱梁肋板式斷面，梁高2.3m，板厚25cm，每6m設(shè)一道厚25cm橫隔板。索塔塔柱為倒“Y”型，箱形斷面，塔柱高115m。斜拉索采用雙索面扇形布置，邊跨和中跨各設(shè)26對(duì)，塔中設(shè)一對(duì)，全橋共106對(duì)、212根。邊跨外邊4對(duì)為索距0.7m密索，其余索距為6m。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性與試驗(yàn)荷載下的動(dòng)應(yīng)變，以評(píng)定結(jié)構(gòu)的實(shí)際動(dòng)力性能，并檢驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)的行車沖擊系數(shù)等指標(biāo)是否符合規(guī)范要求[1]。

3 測(cè)試斷面與測(cè)點(diǎn)布置

3.1 脈動(dòng)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)

1）主梁測(cè)點(diǎn)：選擇各跨支點(diǎn)截面、邊跨2等分截面、次邊跨4等分截面和中跨8等分截面作為測(cè)試截面。在每一個(gè)截面的上游布設(shè)豎向拾振器；次邊跨跨中、中跨1/8L、4/8L截面、7/8L截面在中央分隔帶處布設(shè)橫橋向水平拾振器；在主塔附近主梁截面上游附近布設(shè)橫橋向水平拾振器；在梁端中央分隔帶處布設(shè)橫橋向、順橋向水平拾振器；在中跨跨中上下游布設(shè)橫橋向水平拾振器、豎向拾振器[1-5]。

2）主塔測(cè)點(diǎn)：在主塔橫梁上、下游及主塔塔底，布設(shè)順橋向水平拾振器和豎向拾振器。

3.2 無障礙行車試驗(yàn)

動(dòng)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布設(shè)在測(cè)試邊跨跨中截面和中跨跨中截面，布置在上下游側(cè)的縱梁底面上，每個(gè)截面每側(cè)布設(shè)2個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置示意圖見圖2所示。

4 動(dòng)力荷載試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

4.1 橋跨結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

實(shí)測(cè)豎向各階頻率均大于計(jì)算頻率，說明結(jié)構(gòu)豎向動(dòng)剛度指標(biāo)良好，實(shí)測(cè)各階阻尼比在正常范圍之內(nèi)。詳細(xì)測(cè)試結(jié)果見表1。模態(tài)分析測(cè)點(diǎn)及部分階次振型見圖3～11所示[1-5]。

圖2 測(cè)點(diǎn)布置示意圖

表1 橋跨結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)測(cè)試結(jié)果

圖3 模態(tài)分析瀑布圖

圖4 一階豎向彎曲實(shí)測(cè)振型圖

圖5 一階豎向彎曲理論振型圖

圖6 二階豎向彎曲實(shí)測(cè)振型圖

圖7 二階豎向彎曲理論振型圖

圖8 三階豎向彎曲實(shí)測(cè)振型圖

圖9 三階豎向彎曲理論振型圖

圖10 四階豎向彎曲實(shí)測(cè)振型圖

圖11 四階豎向彎曲理論振型圖

4.2 行車試驗(yàn)動(dòng)力響應(yīng)分析

跑車工況根據(jù)跑車時(shí)速為10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h共5個(gè)工況，剎車為車速30km/h，跑車試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)檢測(cè)結(jié)果見表2～3所示，典型工況測(cè)試信號(hào)見圖12～圖15所示。

表2 跑車、剎車試驗(yàn)動(dòng)力響應(yīng)檢測(cè)結(jié)果

表3 跑車試驗(yàn)各動(dòng)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)k值表

圖12 10km/h跑車測(cè)試J2截面實(shí)測(cè)動(dòng)力響應(yīng)

圖13 40km/h跑車測(cè)試J2截面實(shí)測(cè)動(dòng)力響應(yīng)

圖14 30.0km/h車速J1截面剎車試驗(yàn)實(shí)測(cè)動(dòng)力響應(yīng)

圖15 30.0km/h車速J2截面剎車試驗(yàn)實(shí)測(cè)動(dòng)力響應(yīng)

由表2數(shù)據(jù)可以看出跑車試驗(yàn)實(shí)測(cè)的動(dòng)力響應(yīng)與車輛行駛速度之間無明顯規(guī)律。車速在40km/h時(shí)，J1、J2截面各測(cè)點(diǎn)測(cè)得的動(dòng)應(yīng)力值較大；車速在40 km/h時(shí)，J1、J2截面各測(cè)點(diǎn)測(cè)得的豎向加速度較大。剎車試驗(yàn)過程中，隨著車速的增加，J1、J2截面測(cè)得的豎向加速度增大；但截面各測(cè)點(diǎn)動(dòng)應(yīng)力變化不大。由表3數(shù)據(jù)可見實(shí)測(cè)的J1、J2截面動(dòng)應(yīng)力增大系數(shù)K值(即1+μ)趨近1，小于規(guī)范限值，這表明結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)較好。

4.3 跳車試驗(yàn)動(dòng)力響應(yīng)分析

跳車工況分為J1、J2工況，結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)加速度時(shí)域如圖16～圖17所示，測(cè)試結(jié)果與4.1節(jié)中動(dòng)力特性分析結(jié)果相近。

圖16 J1截面跳車實(shí)測(cè)加速度時(shí)域圖及頻譜圖

圖17 J2截面跳車實(shí)測(cè)加速度時(shí)域圖及頻譜圖

5 結(jié)語

本文對(duì)大跨徑混凝土斜拉橋的動(dòng)力荷載試驗(yàn)結(jié)果可以得到：

1）橋梁結(jié)構(gòu)自振特性方面:橋跨結(jié)構(gòu)各階頻率實(shí)測(cè)值均略高于計(jì)算值，且實(shí)測(cè)的各階振型阻尼比均小于1%，在正常范圍以內(nèi)，這說明結(jié)構(gòu)豎向動(dòng)剛度指標(biāo)良好，該橋整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性達(dá)到設(shè)計(jì)要求；

2）結(jié)構(gòu)動(dòng)力荷載試驗(yàn)方面:結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)的截面動(dòng)應(yīng)力增大系數(shù)K值(即1+μ)趨近1，小于規(guī)范限值，這表明結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)較好，符合設(shè)計(jì)要求。