圓架河大橋動(dòng)載試驗(yàn)分析

曹文婷

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

1 橋梁概況

圓架河大橋橋跨布置：全橋共五聯(lián)5×25 m+5×25 m+(55+90+55)m+4×30 m+(24+4×25)m；第三聯(lián)主橋(55+90+55)m采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，其余上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土(后張)小箱梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩，墩臺(tái)采用樁基礎(chǔ)。平面位于R=4 100 m的右偏圓曲線上，橋面橫坡為雙向2%，縱斷面位于R=5 000 m的豎曲線上；墩臺(tái)徑向布置。采用四車道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度80 km/h，橋?qū)?8.5 m，公路-I級(jí)。為評(píng)定該橋是否滿足荷載承載能力要求，需對(duì)其進(jìn)行動(dòng)靜荷載試驗(yàn)。

2 動(dòng)載試驗(yàn)

通過測(cè)定橋梁試驗(yàn)跨在試驗(yàn)動(dòng)荷載作用下橋跨結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，了解結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性以及控制截面在試驗(yàn)荷載下的動(dòng)力性能，評(píng)定橋梁的動(dòng)力性能。

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)內(nèi)容：橋跨結(jié)構(gòu)自振特性測(cè)定；全橋J1、J3截面行車動(dòng)力響應(yīng)測(cè)定。

測(cè)點(diǎn)布置：通過建立Midas civil有限元模型分析受力情況，確定荷載試驗(yàn)控制截面，邊跨最大拉應(yīng)力為J1截面，由模型得知J1截面距離10#墩18.5 m；中跨跨中最大正彎矩為J3截面，由模型得知J3截面距離10#墩100 m。

2.2 試驗(yàn)過程

采集橋跨結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)狀態(tài)下代表性部位振動(dòng)加速度、特征截面動(dòng)應(yīng)變時(shí)域信號(hào)，通過頻譜分析等方法得到橋跨結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)。

自振特性測(cè)定試驗(yàn)采用的激勵(lì)方式：(1)脈動(dòng)試驗(yàn)：在橋面無任何交通荷載的情況下，利用環(huán)境隨機(jī)激勵(lì)，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間脈動(dòng)響應(yīng)信號(hào)采集；(2)行車余振激勵(lì)：加載車輛以不同的速度通過橋梁，采集車輛出橋后橋跨結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)信號(hào)；(3)剎車余振激勵(lì)；(4)模態(tài)測(cè)試。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

(1)結(jié)構(gòu)自振特性理論計(jì)算結(jié)果

采用有限元模型計(jì)算橋跨結(jié)構(gòu)自振特性，其結(jié)果見圖1。

圖1 一階豎向計(jì)算振型(f1=1.329 Hz)

(2)結(jié)構(gòu)自振特性試驗(yàn)結(jié)果

通過脈動(dòng)、行車余振橋梁振動(dòng)，拾取結(jié)構(gòu)自振信號(hào)，并分析計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的自振頻率。

表1 自振特性試驗(yàn)結(jié)果匯總表

試驗(yàn)橋跨結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)豎向一階頻率均值為1.500 Hz。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/TJ21-2011)中第5.9條的相關(guān)規(guī)定，實(shí)測(cè)自振頻率fmi與理論自振頻率fdi的比值為1.129，因此確定該橋自振頻率評(píng)定標(biāo)度均為1。

(3)行車動(dòng)力響應(yīng)檢測(cè)結(jié)果

實(shí)測(cè)動(dòng)應(yīng)變和應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)見表2所示。

應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)隨車速的變化曲線見圖2。

表2 動(dòng)應(yīng)變測(cè)試分析結(jié)果

(4)模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

豎向振型擬選取邊跨在6等分點(diǎn)處布置測(cè)點(diǎn)，主跨在8等分點(diǎn)處布置測(cè)點(diǎn)， 參考點(diǎn)選在主跨的3/8跨處，即為共15個(gè)測(cè)試截面，每個(gè)測(cè)試截面只在中央側(cè)布置測(cè)點(diǎn)，共計(jì)15個(gè)測(cè)點(diǎn)。用1臺(tái)儀器同時(shí)測(cè)量(參考點(diǎn)位置儀器不動(dòng))，其余5臺(tái)儀器可移動(dòng)測(cè)量，分3批次進(jìn)行采集。

圖2 實(shí)測(cè)應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)隨車速的變化曲線

模態(tài)測(cè)試實(shí)測(cè)振型圖與理論振型圖見圖3～圖5，測(cè)試結(jié)果見表3。

圖3 模態(tài)測(cè)試1階振型圖(f1=1.514 Hz)

圖4 模態(tài)測(cè)試2階振型圖(f2=2.813 Hz)

圖5 模態(tài)測(cè)試3階振型圖(f3=3.516 Hz)

表3 豎向模態(tài)測(cè)試結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)測(cè)該橋一階豎向頻率為1.514 Hz，大于相應(yīng)的理論計(jì)算值1.329 Hz，實(shí)測(cè)應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)在1.021～1.191之間。該橋動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)正常。通過模態(tài)測(cè)試，可見本次動(dòng)載試驗(yàn)J1截面、J3截面與Midas civil有限元模型分析所選J1截面、J3截面一致，自振頻率與Midas civil有限元模型分析基本一致。