某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋動力特性分析

李 鵬 李俊峰

（1 葛洲壩集團(tuán)試驗檢測有限公司, 湖北 宜昌 443002；2 中國水利水電第五工程局有限公司, 四川 成都 610045）

0 引言

橋梁動力特性主要包括自振頻率、沖擊系數(shù)、振型和阻尼比。對其進(jìn)行檢測分析是評價橋梁整體剛度情況和整體缺損狀況的有效手段。本文以某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋為例，介紹該類橋梁動力特性檢測評價的全過程。為該類橋的檢測和養(yǎng)護(hù)提供些許參考資料。

1 動力特性檢測

1.1 工程概況

某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的橋跨結(jié)構(gòu)為3跨（105+200+105）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。主墩采用鋼筋混凝土雙薄壁柔性墩，交界墩采用分幅雙柱矩形空心墩，基礎(chǔ)采用挖孔方樁。設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級。橋面寬11m，三車道。

1.2 理論計算

利用MIDAS/CIVIL有限元仿真分析軟件建立某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的空間有限元模型，并計算其前4階的自振頻率和振型。詳見表2-1和圖2-1所示。

表2 -1 自振頻率與振型（前4階）

圖2 -1 有限元模型及前4階振型圖

1.3 傳感器測點(diǎn)布置

根據(jù)某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)，在第1跨1/4、跨中、3/4，主跨1/8、1/4、3/8、跨中、5/8、3/4、7/8，第3跨1/4、跨中、3/4共13個截面的橋面中心位置布置 1個加速度傳感器，用來檢測橋梁的自振頻率、振型和阻尼比。在主跨跨中橋面護(hù)欄兩側(cè)布置1個動撓度測點(diǎn)和1個加速度傳感器，用來檢測橋梁的沖擊系數(shù)和自振頻率。

1.4 現(xiàn)場實(shí)施

本次針對某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋動力特性的檢測主要由脈動試驗和跑車試驗組成。

脈動試驗時需封閉橋面交通，采用加速度傳感器測量自然狀況下外界各種因素所引起的橋梁微小且不規(guī)則的振動，然后通過測試軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行譜分析，最終得到橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率、結(jié)構(gòu)振型和阻尼比。

跑車試驗時采用2輛三軸重型（350kN）車輛分別以10km/h 、20km/h 、30km/h、40km/h的速度勻速通過橋跨結(jié)構(gòu)，每個車速工況重復(fù)2次試驗。以測定橋梁結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的沖擊系數(shù)和自振頻率。

2 動力特性分析

2.1 脈動試驗結(jié)果分析

通過現(xiàn)場試驗和對試驗數(shù)據(jù)的模態(tài)分析，得到某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋的前 4階實(shí)測頻率值和阻尼比，詳見表3-1所示，前4階振型圖詳見圖3.1所示。

由表 3-1可知，某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)崪y自振頻率大于理論計算值，將圖 3-1與圖 2-1進(jìn)行對比可知，該橋?qū)崪y振型與計算模型振型基本一致，另外該橋?qū)崪y阻尼比在正常的分布范圍內(nèi)，說明某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋主梁整體剛度較好。

2.2 跑車試驗結(jié)果分析

根據(jù)某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋1階自振頻率值和相關(guān)規(guī)范要求，可計算得出該橋沖擊系數(shù)為1.050。該橋在各速度跑車試驗工況下，動撓度時程曲線如圖3-2，橋梁沖擊系數(shù)詳見表3-2所示。同時該橋在各速度跑車試驗工況下所測自振頻率同脈動試驗的結(jié)果一致。

表3 -1 自振頻率、阻尼比實(shí)測結(jié)果（前4階）

圖3 -1 某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)崪y前4階振型圖

表3 -2 沖擊系數(shù)實(shí)測值與理論計算值對比表

由表 3-2可知，某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋在各速度跑車試驗工況下，其實(shí)測沖擊系數(shù)均小于理論計算值。說明該橋在正常工作狀態(tài)下動力性能良好。

3 結(jié)論

1．根據(jù)動力特性檢測的結(jié)果來對橋梁進(jìn)行評估。某大跨連續(xù)剛構(gòu)橋?qū)崪y自振頻率大于理論計算值、實(shí)測沖擊系數(shù)小于理論計算值、實(shí)測振型與計算模型振型基本一致，實(shí)測阻尼比在正常的分布范圍內(nèi)，因此可以得出，該橋動力特性良好，滿足設(shè)計要求。

2．動力特性是橋梁的固有特性，當(dāng)橋梁存在或出現(xiàn)缺損時，其自振頻率會降低，振型會出現(xiàn)變異，阻尼比也會發(fā)生變化，因此對橋梁動力特性進(jìn)行檢測分析是一種較為便捷檢測橋梁健康狀況的手段。