振蕩壓實對橋梁結構損傷影響研究

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邢臺市邢衡高速公路管理處，邢臺 054000）

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

0 引言

振蕩壓實是一種振動與搓揉相結合的壓實方法，由于其能夠很好地解決靜壓壓實、振動壓實在橋面鋪裝壓實中存在的問題，因此在橋面鋪裝作業中得到了廣泛應用。但若橋面振蕩壓實施工時，振蕩壓路機與橋梁結構發生共振，這無疑會對橋梁結構造成永久性的損傷破壞，從而降低橋梁結構的安全性，因此研究振蕩壓實對橋梁結構損傷影響具有重要的意義。

1 振蕩壓實機理及動力學模型

振蕩壓路機是通過振蕩輪內部對稱于滾輪中心軸安裝的兩根偏心軸不斷旋轉而產生的水平振動激發被壓材料顆粒運動，利用土力學交變剪應變的原理進行壓實[1,2,3]。

要對橋面振蕩壓實的動力學過程進行分析必須建立其整個動力學過程的相應數學模型，本文采用Hamilton原理推算結構體系的動力學方程，建立分階段振蕩壓路機動力學模型如圖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，單幅橋寬14.012m，主梁采用單箱單室直腹板箱梁，為變截面預應力混凝土連續箱梁。

圖1 振蕩輪與地面相互作用的動力學模型

2.2 MIDAS 仿真計算

在對老漳河特大橋主橋進行仿真計算時，采用梁格法原理，將其簡化為平面桿系結構，采用MIDAS 建立有限元模型[4,5]，全橋共74 個節點，57 個單元，如圖2。

振蕩參數見表1，計算得出老漳河特大橋主橋固有周期及前八階振型，部分振型圖見圖3～圖4，計算結果如表2 所示。

2.3 ANSYS 仿真計算

圖2 老漳河特大橋主橋模型簡圖

表1 振蕩參數

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算結果

利用ANSYS 對老漳河特大橋主橋進行仿真計算，通過其模態分析功能對主橋的自振頻率及周期進行計算分析，得出其前八階振型及振動頻率如表3 所示，部分振型圖見圖5～圖6。

2.4 結果分析

①由MIDAS 和ANSYS 對比分析知，兩種軟件計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 階累計振型參與質量比為93.2%，可以看出前8 階涵蓋了主橋的主要振型。因此此范圍內各階頻率的大小就能反映外在激勵作用下主橋振動反映的強烈程度。如果二者十分接近，就類似于共振，外激勵將引起主橋的強烈振動，如果相差甚遠，荷載放大效應就十分微弱。

3 結論

綜上可知，老漳河特大橋主橋自振頻率ω 與振蕩壓路機頻率θ=30hz 相差甚遠，所以振蕩壓路機與橋梁不會產生共振，故振蕩壓路機在橋面鋪裝過程中不會對橋梁結構造成永久性損傷。

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算結果

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