汪耀武

(咸寧職業(yè)技術學院，湖北咸寧 437100)

某立交橋動載試驗實例研究

汪耀武

(咸寧職業(yè)技術學院，湖北咸寧 437100)

對某立交橋進行了橋梁動載試驗．通過橋梁模態(tài)試驗和不同工況下的車輛激勵試驗，測定橋梁結構的自振特性，用以評價橋梁在動荷載作用下的工作性能，預測橋梁運營狀況，并為以后同類橋梁檢測及試驗提供一定經(jīng)驗．試驗結果表明該橋在力學性能上滿足設計和使用要求．

動載試驗；模態(tài)試驗；車輛激勵試驗

橋梁結構在移動的車輛、人群、風力和地震等動力荷載作用下會產生振動，但主要是由于車輛荷載以一定的速度在橋上通過而產生的[1]．同時，車輛駛過橋梁時，由于橋面起伏不平或發(fā)動機的抖動等原因都會使橋梁振動加劇．橋梁的動載試驗是將動荷載作用在橋梁的指定位置，測定橋梁結構自振頻率、阻尼比和沖擊系數(shù)等，它是了解橋梁實際工作狀態(tài)和承載能力的直接手段．通過動載試驗能評定橋梁結構在荷載作用下的實際工作狀態(tài)，綜合分析判斷橋梁結構的承載能力和使用條件，從而為該橋的養(yǎng)護維修提供資料和建議．近年來，橋梁動載試驗由于工作量較小，費用低，試驗時間短，操作方便、快捷而受到青睞．因此，橋梁動載試驗迅速發(fā)展起來，并得到了廣泛應用[2-3]。

1 工程概況

昆明市某立交橋為東三環(huán)互通式立交橋，本互通主線橋上部結構采用4 m × 25 m空心板簡支梁，橋面凈寬16 m，墩臺按徑向布置，斜交20度，本橋下部結構：樁柱式橋墩，柱樁基礎，橋墩樁基嵌入弱風化泥質粉砂巖中均不少于3 m，本橋橋面連續(xù)，于0、4號墩臺處設置FFSB80型伸縮縫，臺帽與梁板間留6 cm間隙，橋臺處設四氟板式橡膠支座GJZF4 180 mm × 300 mm × 44 mm，其余設置普通板式橡膠支座GJZ 180 mm × 300 mm × 42 mm，其余橋墩均為矩形墩接蓋梁，單排樁基礎，全橋橋墩下均置承臺．立交橋截面圖如圖1所示．

圖1 立交橋截面圖

2 試驗布置

2.1 橋梁模態(tài)試驗

根據(jù)立交橋的特點及現(xiàn)場實際情況，本次模態(tài)試驗選取左幅第1跨空心板梁進行模態(tài)試驗．試驗時在左幅第1跨1/4跨附近設置一只傳感器作為基準點，另外在橋梁的四分點位置設置兩只傳感器，通過移動這兩只傳感器來分批采集天然脈動信號．對各測點進行傳函分析和模態(tài)擬合得出該橋的各階振動頻率和阻尼值[4]．測點傳感器布

置圖如圖2所示．

2.2 車輛激勵試驗

2.2.1 試驗荷載及工況

本次車輛激勵試驗采用1輛載約重30噸的自卸車，車輛尺寸如圖3所示．

圖2 傳感器布設圖

圖3 加載車型圖

根據(jù)試驗方案，本次車輛激勵試驗按照表1中的工況進行．

表1 車輛激勵試驗工況

2.2.2 測點布置

車輛激勵試驗時動撓度時程響應測點選取在左幅第1跨跨中．

3 試驗分析

3.1 橋梁模態(tài)試驗

3.1.1 時域波形圖

脈動測試時，分次采集的各測點速度信號、典型測點時程波形曲線和自功率譜見圖4至7．

3.1.2 自振頻率和阻尼比

由上述采集的各測點時域波形圖，通過傳函分析和模態(tài)擬合，可以得出橋梁的自振頻率和阻尼比，如表2所示．表2中自振頻率的理論計算值采用Midas Civil軟件進行計算．

圖4 2號測點的時程波形曲線

圖5 2號測點的自功率譜

圖6 5號測點的時程波形曲線

圖7 5號測點的自功率譜

表2 橋梁自振特性實測值與理論計算值的比較

從表2可以看出，橋梁自振頻率計算值與實測值吻合較好，但實測值大于計算值，說明橋梁的實際剛度較大．

3.2 車輛激勵試驗

3.2.1 跑車試驗結果

1）時程曲線

本次跑車試驗采集了一輛載重30噸的自卸車以時速10-40 km / h在橋面上行駛時各測點的位移動態(tài)變化量時程曲線[5]，其典型時程曲線如圖8和9所示．

圖8 10 km / h車速跑車時各測點的時域波形圖

圖9 40 km / h車速跑車時各測點的時域波形圖

表3 不同車速下的位移動態(tài)變化量

由時程曲線可以看出，不同測試斷面上的動應力測點隨時間（移動車輛位置）的變化規(guī)律，應力時程曲線較為平緩，在車輛荷載經(jīng)過應力測試斷面時，應力無突變現(xiàn)象．

2）實測位移動態(tài)變化量

對所采集的各測點時域波形曲線圖進行分析，一輛載重30噸的自卸車以不同車速勻速跑車，在此作用下，各測點的位移動態(tài)增量見表3．

從表3可以看出，橋梁在車輛動態(tài)荷載作用下引起的位移動態(tài)變化量很小，一般為0.02左右，說明橋梁自身的動力特性較好，車輛動荷載對橋梁的動態(tài)影響?。?/p>

3）實測沖擊系數(shù)

通過分析得到橋跨結構在不同車速作用下的沖擊系數(shù)μ，橋梁的實測沖擊系數(shù)如表4所示．

跑車作用下，實測最大動力放大系數(shù)均小于依據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）第4.3.2條的計算值[6]，且沖擊系數(shù)實測值較小，表明橋梁的行車性能較好，橋面較為平整．另外，沖擊系數(shù)呈現(xiàn)先增大后變小的趨勢．

3.2.2 剎車試驗結果

1）時域波形圖

制動試驗采集了一輛載重30噸的自卸車以時速10 km / h、20 km / h在橋面上行駛至跨中處實施緊急剎車時各測點的位移動態(tài)變化量時程曲線，各測點時程曲線見圖10和圖11．

表4 沖擊系數(shù)測試結果

圖10 10 km / h車速剎車制動時各測點的時域波形圖

圖11 20 km / h車速剎車制動時各測點的時域波形圖

從圖中可以看出，橋面跨中剎車制動時，曲線發(fā)生突變，且隨著車速增加突變變大．

2）實測位移動態(tài)增量

一輛載重30噸的自卸車以10 km / h、20 km / h的速度行駛到跨中實施急剎車所引起的位移動態(tài)變化量如表5所示．

表5 緊急剎車時各測點位移動態(tài)變化量

對比表3和表5可以看出，相對跑車，剎車引起的位移動態(tài)變化量有所增加．

3.2.3 跳車測試結果

1）時域波形圖

跳車試驗時采集了一輛載重30噸的自卸車行駛到跨中時跨越高4 cm的跳車板所引起各測點的位移動態(tài)變化量時程曲線[7]，20 km / h車速時各測點時程曲線見圖12．

圖12 20 km/h車速在跨中跳車時各測點的時域波形圖

2）實測位移動態(tài)增量

一輛載重30噸的自卸車分別以10 km / h和20 km / h的速度勻速行駛到跨中時跨越4 cm高跳車板時所引起的位移動態(tài)變化量如表6所示．

表6 跨中截面在跳車作用下位移動態(tài)變化量

對比表5和表6可以看出，與剎車相比，跳車引起的位移動態(tài)變化量急劇增加．

4 試驗結論

1）由模態(tài)試驗基頻和理論計算值對比可以看出，試驗橋跨的實測自振頻率值均大于計算值，這表明橋跨結構的整體剛度較大，滿足設計要求；

2）剎車較跑車時動應變有所增加，跳車較跑車時動應變增加明顯，這說明保持橋梁平整通暢對于減小沖擊荷載很重要；

3）跑車試驗時，實測沖擊系數(shù)呈現(xiàn)先增大后變小的趨勢．沖擊系數(shù)達到最大值時與車速的關系有待進一步試驗；

4）橋梁在車輛動態(tài)荷載作用下引起的位移動態(tài)變化量均很小，實測最大動力放大系數(shù)均小于理論計算值，這說明橋梁自身的動力特性較好，橋面總體較平順．

[1] 羅娜, 胡大琳, 任少強. 動測法評定鋼筋混凝土拱橋承載力初探[J]. 重慶交通學院學報, 2001, 20(3): 23-25.

[2] 申明文, 周海俊. 橋梁靜動載試驗檢測方法[J]. 城市道橋與防洪, 2007, 7(7): 158-160.

[3] 喬詠梅, 吳小軍, 劉建磊. 深圳麗水公路組合梁橋的動載試驗研究[J]. 鐵道建筑, 2009, (3): 76-78.

[4] 宋博琪, 傅紅麗, 馬秀君, 等. 橋梁的靜載與動載試驗[J]. 公路, 2002, (9): 26-29.

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Case Study on Dynamic Load Test of an Overpass

WANG Yaowu
(Xianning Polytechnic College, Xianning, China 437100)

In this paper a dynamic load test on traffic overpass is made in order to measure the self-vibration characteristics of the bridge structures through the bridge modal test and the vehicle stimulate test under diffent working conditions. The purpose of this experiment is to evaluate the work performance of the bridge under dynamic load effect, to predict the bridge operation condition and to provide some experience for the similar bridge detection and test in the future time. The experiment results turns out that the bridge meets the requirements of design and operation in mechanical property.

Dynamic Load Test; Modal Test; Vehicle Stimulate Test

U446.1

A

1674-3563(2015)03-0050-07

10.3875/j.issn.1674-3563.2015.03.007 本文的PDF文件可以從xuebao.wzu.edu.cn獲得

(編輯：王一芳)

2014-11-07

汪耀武(1982- )，男，湖北咸寧人，講師，碩士，研究方向：建筑工程