斜拉橋動(dòng)載試驗(yàn)方法及工程運(yùn)用

李延存

（通遼市交通工程局，內(nèi)蒙古通遼 028000）

收稿日期:2018-01-05

作者簡(jiǎn)介:李延存（1982-），男，內(nèi)蒙古通遼人，工程師，從事路橋施工管理工作。

DOI:10.16799/j.cnki.csdqyfh.2018.06.026

1 概況

1.1 動(dòng)載試驗(yàn)概況

試驗(yàn)荷載以不同速度通過(guò)試驗(yàn)橋梁進(jìn)行動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)位移、豎向與橫向振動(dòng)的測(cè)定，以了解結(jié)構(gòu)的動(dòng)力系數(shù)、振動(dòng)特征(振幅、頻率、模態(tài)振型、阻尼比）等，據(jù)以判斷結(jié)構(gòu)在動(dòng)載作用下的工作狀態(tài)。

動(dòng)載試驗(yàn)包括行車(chē)試驗(yàn)、制動(dòng)試驗(yàn)和自振特性試驗(yàn)。動(dòng)載試驗(yàn)測(cè)試項(xiàng)目有跨中截面梁體的動(dòng)應(yīng)力、跨中截面的動(dòng)撓度和動(dòng)扭轉(zhuǎn)角、支座動(dòng)位移、支座處梁部結(jié)構(gòu)的豎向振動(dòng)、制動(dòng)墩在制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)的縱向振動(dòng)位移、行車(chē)試驗(yàn)時(shí)制動(dòng)墩墩頂?shù)臋M向振動(dòng)位移等。

1.2 工程概況

動(dòng)荷載檢測(cè)橋梁由主橋及兩側(cè)引橋組成，主橋橋型為支承體系獨(dú)塔斜拉橋，跨徑布置為100 m+100 m=200 m，主梁為鋼箱梁，梁高2.5m，橋塔為鋼塔，塔高80 m，斜拉索采用空間索面；主橋兩側(cè)各300 m引橋，引橋采用跨徑30 m的預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，全橋總長(zhǎng)800 m。道路等級(jí)為城市主干路，雙向6車(chē)道。橋型布置見(jiàn)圖1。

2 動(dòng)載試驗(yàn)方法

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

2.1.1 自振特性測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，動(dòng)力特性的主要測(cè)試內(nèi)容有：全橋動(dòng)力特性，測(cè)試該橋豎向、扭轉(zhuǎn)等自振特性。

測(cè)量方法：通過(guò)在橋上設(shè)置高靈敏度的傳感器，長(zhǎng)時(shí)間記錄橋梁結(jié)構(gòu)在環(huán)境激勵(lì)下，如：風(fēng)、水流、地脈動(dòng)等引起的橋梁振動(dòng)，然后對(duì)記錄下來(lái)的橋梁振動(dòng)時(shí)程信號(hào)進(jìn)行處理，并進(jìn)行時(shí)域和頻域的分析，求出各構(gòu)件頻率、振型以及阻尼。

為了測(cè)試主橋主梁豎向及扭轉(zhuǎn)等固有振型，需設(shè)置豎向測(cè)點(diǎn)。豎向測(cè)點(diǎn)對(duì)稱并列于橋面上、下游側(cè)。主橋每側(cè)邊跨均設(shè)置12個(gè)豎向測(cè)點(diǎn)（上、下游兩側(cè)），共計(jì)24個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2.1.2 強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

通過(guò)強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)和加速度時(shí)程響應(yīng)，評(píng)估結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)。沖擊系數(shù)的測(cè)定采用電阻應(yīng)變片測(cè)量。主橋測(cè)試截面布置2個(gè)動(dòng)應(yīng)變片和1個(gè)豎向加速度傳感器，

2.2 觀測(cè)方法與測(cè)試儀器系統(tǒng)

2.2.1 觀測(cè)方法

（1）自振特性測(cè)試：橋梁自振特性測(cè)試采用速度傳感器采集橋梁在環(huán)境荷載作用下的振動(dòng)速度信號(hào)，來(lái)測(cè)量橋梁自振頻率、振型和阻尼比。

（2）強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)：通過(guò)強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)，評(píng)估結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)。沖擊系數(shù)的測(cè)定采用電阻應(yīng)變片量測(cè)，采用靜載試驗(yàn)載重汽車(chē)以不同速度按指定線路通過(guò)橋面，通過(guò)測(cè)試點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線及橋面加速度反映橋梁在該工況下的沖擊系數(shù)及橋面加速度反應(yīng)。

2.2.2 測(cè)試儀器系統(tǒng)

自振特性測(cè)試、強(qiáng)迫振動(dòng)試驗(yàn)：動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)（DH5923+1067010）、動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試傳感器（DH610（V）+07072～0707）。

圖1 橋型布置圖（單位:m m）

2.3 試驗(yàn)荷載及工況

2.3.1 自振特性測(cè)試

橋梁自振特性測(cè)試采用速度傳感器采集橋梁在環(huán)境荷載作用下的振動(dòng)速度信號(hào)。主橋信號(hào)的采樣頻率為100 Hz，每個(gè)測(cè)點(diǎn)采用時(shí)間為30 min。

2.3.2 強(qiáng)迫振動(dòng)測(cè)試

跑車(chē)試驗(yàn)已進(jìn)行，主橋采用兩部靜載試驗(yàn)載重汽車(chē)分別以 10 km/h、20 km/h、30 km/h、40 km/h、50 km/h的速度按指定路線通過(guò)橋面，測(cè)試各工況的橋面加速度響應(yīng)及主梁動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線，見(jiàn)表1。

3 結(jié)論

（1）主橋?qū)崪y(cè)一階豎向振動(dòng)頻率為0.88 Hz，大于其理論計(jì)算值0.77 Hz，且實(shí)測(cè)振型與理論計(jì)算振型一致，說(shuō)明該橋豎向剛度滿足要求。

（2）在無(wú)障礙行車(chē)情況下，車(chē)輛對(duì)主橋的沖擊系數(shù)最大值為μ=0.01，小于規(guī)范《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算取值μ=0.05。

表1 測(cè)試工況及測(cè)試內(nèi)容

（3）主橋無(wú)障礙行車(chē)時(shí)，橋面最大豎向加速度幅值為0.001 555 g，符合行車(chē)舒適度要求（根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究資料，一般車(chē)輛在橋梁結(jié)構(gòu)行駛時(shí)最大豎向加速度不宜超過(guò)0.065 g，否則就會(huì)引起司乘人員、行人的不適）。