趙麗潔，楊濤，林東欽

車(chē)橋耦合作用下簡(jiǎn)支鋼梁橋時(shí)變動(dòng)力特性試驗(yàn)研究

趙麗潔1,2，楊濤1，林東欽1

(1. 河北工程大學(xué) 土木工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2. 河北工程大學(xué) 河北省裝配式結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 邯鄲 056038)

為研究車(chē)-橋耦合作用下簡(jiǎn)支鋼梁橋動(dòng)力特性的時(shí)變規(guī)律，設(shè)計(jì)彈簧小車(chē)-簡(jiǎn)支鋼梁橋模型試驗(yàn)，通過(guò)一系列靜載與動(dòng)載測(cè)試工況，利用監(jiān)測(cè)的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)，得到不同車(chē)體質(zhì)量、運(yùn)行速度下簡(jiǎn)支鋼梁橋的跨中動(dòng)撓度、動(dòng)力放大系數(shù)等參數(shù)的變化情況；并對(duì)簡(jiǎn)支鋼梁橋在環(huán)境激勵(lì)、跑車(chē)激勵(lì)下的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，分析其時(shí)變規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明：無(wú)論是跑車(chē)激勵(lì)工況還是基于短時(shí)時(shí)不變工況，簡(jiǎn)支鋼梁橋的跨中動(dòng)撓度、動(dòng)力放大系數(shù)分別隨著車(chē)重、速度增加而增大；簡(jiǎn)支鋼梁橋的一階頻率成半正弦時(shí)程性變化，頻率最大下降53%；車(chē)輛作用下簡(jiǎn)支鋼梁橋阻尼比無(wú)明顯規(guī)律性變化，但變化值都比環(huán)境激勵(lì)下簡(jiǎn)支鋼梁橋的值要大。

車(chē)-橋耦合；簡(jiǎn)支鋼梁橋；時(shí)變動(dòng)力特性；模態(tài)分析

橋梁是公路、鐵路交通中十分重要的土木工程結(jié)構(gòu)，屬于國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，在整個(gè)交通固定資產(chǎn)中占很大比重。隨著我國(guó)鐵路交通的迅猛發(fā)展，鐵路部門(mén)已建成全世界最大的高速鐵路運(yùn)營(yíng)網(wǎng)，隨著行車(chē)速度、密度及載重的逐漸增加，與之相對(duì)應(yīng)的列車(chē)與橋梁之間的動(dòng)力相互作用問(wèn)題更加突出，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)提出了更大的挑戰(zhàn)。鐵路橋梁的安全性運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)一直是研究人員及工程技術(shù)人員關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題[1]，由于橋梁結(jié)構(gòu)的特殊性，使得列車(chē)經(jīng)過(guò)橋梁時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生附加質(zhì)量，而且產(chǎn)生附加剛度及附加阻尼，屬于時(shí)變動(dòng)力行為。有研究表明，當(dāng)移動(dòng)車(chē)輛相對(duì)于橋梁質(zhì)量不能忽略時(shí)，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的時(shí)變動(dòng)力特性不容忽視[2]。列車(chē)作為具有一定質(zhì)量的移動(dòng)荷載給橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)的時(shí)變性，致使列車(chē)與橋梁結(jié)構(gòu)之間相互作用形成典型的時(shí)變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性(頻率、阻尼及振型等)隨時(shí)間(位置)的變化而改變。然而，服役期間的由于材料的老化、環(huán)境因素等非載荷因素的影響可能也會(huì)造成橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性發(fā)生改變，很容易對(duì)橋梁損傷的正確評(píng)估做出誤判。因此，正確的識(shí)別橋梁動(dòng)力特性的時(shí)變規(guī)律變得非常重要。結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性研究一直是橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。在考慮車(chē)?橋耦合作用橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性識(shí)別理論方面，一些學(xué)者取得了不少研究成果[3?7]。在試驗(yàn)測(cè)試方面，ZHANG等[8]采用環(huán)境振動(dòng)測(cè)試方法，對(duì)一懸索橋進(jìn)行24 h的加速度信號(hào)的采集，并將其分為12小段，每一小段通過(guò)時(shí)域和頻域分析技術(shù)得到橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)值。Kim等[9]通過(guò)對(duì)三跨懸索橋、五跨連續(xù)鋼箱梁橋和簡(jiǎn)支板梁橋進(jìn)行了通行車(chē)輛荷載作用下的橋梁動(dòng)力測(cè)試，研究結(jié)果表明，對(duì)于中小跨徑橋梁，橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率改變量達(dá)到5.4%。以上學(xué)者主要針對(duì)環(huán)境激勵(lì)作用下對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行的動(dòng)力試驗(yàn)，沒(méi)有考慮車(chē)-橋動(dòng)力相互作用的影響。Chang 等[10]進(jìn)行了靜態(tài)車(chē)輛留駐于橋上時(shí)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性的試驗(yàn)研究，分析了車(chē)橋質(zhì)量比對(duì)頻率變化的影響規(guī)律。YANG等[11]進(jìn)行了考慮車(chē)橋動(dòng)力相互作用下的時(shí)變頻率的理論分析。KONG等[12]在YANG基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)牽引車(chē)?拖車(chē)測(cè)試系統(tǒng)，忽略拖車(chē)的阻尼，通過(guò)2個(gè)拖車(chē)的差值響應(yīng)減少誤差，并分別利用傅里葉變換及短時(shí)傅里葉變換方法提取了橋梁的頻率和前兩階模態(tài)振型。目前，考慮車(chē)橋耦合作用下的橋梁時(shí)變動(dòng)力特性的研究成果相對(duì)較少，且大部分以理論分析或數(shù)值模擬為主，試驗(yàn)測(cè)試較少。因此，為了分析考慮車(chē)輛與橋梁動(dòng)力相互作用下橋梁的動(dòng)力特性，本文設(shè)計(jì)了移動(dòng)彈簧小車(chē)作用下簡(jiǎn)支鋼梁橋模型試驗(yàn)，分別進(jìn)行靜載與試驗(yàn)，研究車(chē)輛作用下簡(jiǎn)支鋼梁橋的動(dòng)力特性的時(shí)變規(guī)律，為基于車(chē)橋耦合振動(dòng)的安全監(jiān)測(cè)問(wèn)題提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)方案

簡(jiǎn)支鋼梁橋的模型試驗(yàn)裝置主要由移動(dòng)荷載裝置、橋梁模型、模型小車(chē)以及實(shí)驗(yàn)輔助部分組成。簡(jiǎn)支鋼梁橋示意圖如圖1所示，寬度為0.5 m，橋長(zhǎng)共4.1 m，包括0.8 m引橋段、2.5 m試驗(yàn)橋段、0.8 m出橋段。梁底采用2根槽鋼組成，橋面由工字鋼組成，彈性模量=2.06×1011Pa。為考慮車(chē)輛與橋梁之間動(dòng)力相互作用，移動(dòng)車(chē)輛采用簡(jiǎn)化的質(zhì)量?彈簧體系的小車(chē)模型(附加質(zhì)量塊底部采用壓縮彈簧提供車(chē)輛阻尼及剛度，簡(jiǎn)稱“彈簧小車(chē)”)如圖2所示。為模擬列車(chē)行進(jìn)過(guò)程，2條滑動(dòng)導(dǎo)軌鋪設(shè)在橋面上，如圖3所示。

移動(dòng)荷載控制系統(tǒng)主要裝置有多功能電動(dòng)伺服控制柜、直流減速電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)板。通過(guò)多功能電動(dòng)伺服控制柜控制直流減速電機(jī)，利用移動(dòng)平臺(tái)板實(shí)現(xiàn)不同速度、不同方向移動(dòng)。如圖4所示。試驗(yàn)采集儀器主要有DH5862程控電荷放大器、DH5902動(dòng)態(tài)測(cè)振儀、5G107直線位移傳感器和DH103壓電式加速度傳感器等。實(shí)驗(yàn)其他部分包括數(shù)據(jù)測(cè)試導(dǎo)線、剛性支架以及輔助安裝傳感器的磁性表座等。

(a) 正視圖；(b) 簡(jiǎn)支梁鋼橋橫截面示意圖

圖2 彈簧?質(zhì)量小車(chē)

圖3 滑動(dòng)導(dǎo)軌

圖4 多功能電動(dòng)伺服控制柜

1.2 試驗(yàn)測(cè)試工況

測(cè)試工況包括靜載測(cè)試(短時(shí)時(shí)不變工況)和動(dòng)載測(cè)試(跑車(chē)工況)。測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，在簡(jiǎn)支鋼梁橋標(biāo)定的位置分別布置加速度傳感器。靜力測(cè)試工況如表1所示，將彈簧小車(chē)放置在簡(jiǎn)支鋼梁橋跨中、1/3，1/4和1/6位置，采用錘擊法進(jìn)行試驗(yàn)，采集不同質(zhì)量彈簧小車(chē)在相應(yīng)位置加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)。動(dòng)力測(cè)試工況如表2所示，彈簧小車(chē)分別以速度為3檔(40 mm/s)、4檔(60 mm/s)、5檔(90 mm/s)勻速過(guò)橋進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)改變彈簧小車(chē)的質(zhì)量，行駛速度等參數(shù)，分別采集彈簧小車(chē)頂部加速度數(shù)據(jù)、不同位置處簡(jiǎn)支鋼梁橋加速度及跨中位移響應(yīng)。

2 簡(jiǎn)支鋼梁橋動(dòng)力響應(yīng)分析

2.1 車(chē)體質(zhì)量的影響

調(diào)節(jié)多功能電動(dòng)控制面板檔位按鈕，輕旋至4檔相當(dāng)于60 mm/s，分析不同附加質(zhì)量彈簧小車(chē)過(guò)橋時(shí)簡(jiǎn)支鋼梁橋動(dòng)力響應(yīng)。

表1 短時(shí)時(shí)不變測(cè)試工況

表2 跑車(chē)測(cè)試工況

圖5為不同質(zhì)量彈簧小車(chē)行駛過(guò)程中引起的跨中動(dòng)撓度曲線。簡(jiǎn)支鋼梁橋在彈簧車(chē)質(zhì)量分別為100，140和180 kg過(guò)橋時(shí)，由安裝在跨中位置處的位移計(jì)所監(jiān)測(cè)到的跨中最大位移分別為2.690，3.756和4.142 mm。隨著車(chē)體質(zhì)量的增加，跨中動(dòng)撓度峰值逐漸增大，由于彈簧小車(chē)與簡(jiǎn)支鋼梁的耦合作用，撓度曲線出現(xiàn)波動(dòng)，且質(zhì)量越大，波動(dòng)較為明顯。圖6為彈簧小車(chē)過(guò)橋時(shí)動(dòng)力放大系數(shù)的變化情況。可以看出，隨著車(chē)體質(zhì)量增大，簡(jiǎn)支鋼梁橋的動(dòng)力放大系數(shù)值出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)車(chē)體質(zhì)量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，本次試驗(yàn)工況中車(chē)體質(zhì)量為140 kg，動(dòng)力系數(shù)達(dá)到最大值。

圖5 不同質(zhì)量彈簧小車(chē)過(guò)橋時(shí)跨中動(dòng)撓度變化

圖6 動(dòng)力放大系數(shù)在不同質(zhì)量彈簧小車(chē)行駛時(shí)的變化

2.2 車(chē)輛速度的影響

為研究車(chē)輛速度對(duì)簡(jiǎn)支鋼梁橋動(dòng)力響應(yīng)的影響，選擇質(zhì)量為140 kg彈簧小車(chē)，在速度分別為40，60和90 mm/s時(shí)簡(jiǎn)支鋼梁橋的動(dòng)力響應(yīng)和動(dòng)力系數(shù)的變化情況。圖7為彈簧小車(chē)以不同速度行駛過(guò)橋時(shí)跨中動(dòng)撓度的變化曲線。從圖7可以看出：1) 彈簧小車(chē)移動(dòng)到跨中附近時(shí)，跨中動(dòng)撓度達(dá)到最大值。2) 當(dāng)質(zhì)量固定時(shí)，簡(jiǎn)支鋼梁橋的跨中動(dòng)撓度峰值隨著行駛速度增大而增大。圖8為彈簧小車(chē)在不同速度行駛過(guò)橋時(shí)的動(dòng)力放大系數(shù)變化曲線。發(fā)現(xiàn)隨著行駛速度的增加，動(dòng)力放大系數(shù)逐漸增大的趨勢(shì)，總結(jié)試驗(yàn)分析結(jié)果與以往理論分析結(jié)果相一致。

圖7 不同速度彈簧小車(chē)過(guò)橋時(shí)跨中動(dòng)撓度變化

圖8 動(dòng)力放大系數(shù)在不同速度彈簧小車(chē)行駛時(shí)的變化

3 車(chē)橋耦合作用下簡(jiǎn)支鋼梁橋時(shí)變特性分析

3.1 簡(jiǎn)支鋼梁橋固有特性分析

通過(guò)環(huán)境激勵(lì)對(duì)簡(jiǎn)支鋼梁橋進(jìn)行裸橋動(dòng)力特性測(cè)試。圖9為簡(jiǎn)支鋼梁橋在地脈動(dòng)下產(chǎn)生的加速度響應(yīng)信號(hào)及頻譜圖。利用隨機(jī)子空間法(SSI)識(shí)別得到簡(jiǎn)支鋼梁橋的前2節(jié)固有頻率分別為16.60 Hz和47.85 Hz，相應(yīng)阻尼比為0.041和0.012。

圖9 環(huán)境激勵(lì)下2測(cè)點(diǎn)處豎向加速度及其頻譜圖

3.2 簡(jiǎn)支鋼梁橋時(shí)變頻率分析

3.2.1 靜載測(cè)試

當(dāng)彈簧小車(chē)行駛于橋梁不同位置時(shí)，彈簧小車(chē)與簡(jiǎn)支鋼梁橋之間相互作用形成典型的時(shí)變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，致使動(dòng)力特性會(huì)發(fā)生變化。為研究耦合系統(tǒng)的時(shí)變規(guī)律，本小節(jié)首先進(jìn)行靜載測(cè)試，將彈簧小車(chē)作用在橋梁的指定位置(如跨中1/2，1/3，1/4和1/6等位置)進(jìn)行錘擊法試驗(yàn)，采集不同質(zhì)量彈簧小車(chē)在相應(yīng)位置自由振動(dòng)加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)，如圖10所示。主要采用表1的工況1～工況5。測(cè)得簡(jiǎn)支鋼梁橋不同位置的加速度響應(yīng)，然后采用SSI識(shí)別技術(shù)進(jìn)行參數(shù)識(shí)別。

利用SSI技術(shù)對(duì)不同質(zhì)量彈簧小車(chē)在橋上的每個(gè)位置的加速度響應(yīng)進(jìn)行頻率識(shí)別。如圖11所示，質(zhì)量分別為140，180和220 kg彈簧小車(chē)，在車(chē)-橋耦合作用下簡(jiǎn)支鋼梁橋下頻率變化情況，一階頻率成半正弦形式變化，不同的彈簧小車(chē)質(zhì)量，頻率分別下降了7.813，8.789和8.720 Hz，頻率的變化量不同，且質(zhì)量越大，頻率變化越明顯。

圖10 靜載測(cè)試工況下跨中測(cè)點(diǎn)位置的豎向加速度

圖11 短時(shí)時(shí)不變工況下一階頻率時(shí)變規(guī)律

3.2.2 跑車(chē)激勵(lì)工況

為分析簡(jiǎn)支鋼梁橋在行車(chē)過(guò)程中頻率的時(shí)變規(guī)律。采用表2工況7中的參數(shù)用于激勵(lì)測(cè)試。將彈簧小車(chē)行進(jìn)速度調(diào)制到3檔(40 mm/s)勻速行駛于橋面，采集到每一時(shí)刻的加速度響應(yīng)數(shù)據(jù)。

以跨中某一段豎向振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)為例，如圖12所示，由于車(chē)速較慢，文中仍然采用短時(shí)時(shí)不變的思想，假定在短時(shí)間范圍內(nèi)耦合系統(tǒng)的頻率變化為定值，對(duì)加速度數(shù)據(jù)在等時(shí)間段內(nèi)分別采用SSI法進(jìn)行頻率與阻尼的識(shí)別，得到平均后的11個(gè)參數(shù)識(shí)別值的離散點(diǎn)，然后進(jìn)行擬合曲線。圖13為跑車(chē)激勵(lì)下車(chē)橋耦合系統(tǒng)的一階頻率的變化情況，可以看出，當(dāng)彈簧小車(chē)行駛于橋跨中時(shí)，橋梁的一階頻率下降了7.813 Hz，簡(jiǎn)支鋼梁橋的一階頻率同樣呈現(xiàn)正弦形式的規(guī)律性變化。

圖12 跑車(chē)激勵(lì)下跨中測(cè)點(diǎn)位置豎向加速度

圖13 跑車(chē)激勵(lì)工況下一階頻率時(shí)變規(guī)律

3.3 時(shí)變阻尼比分析

阻尼作為在橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算中一個(gè)重要因素，其取值的大小直接影響著動(dòng)力響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。為分析車(chē)?橋耦合系統(tǒng)的阻尼變化情況，采用跑車(chē)激勵(lì)工況下，不同質(zhì)量的彈簧小車(chē)采集的響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行阻尼識(shí)別。如圖14所示，可以看出，1) 跑車(chē)激勵(lì)工況下的阻尼比數(shù)值明顯大于環(huán)境激勵(lì)下的裸橋測(cè)試阻尼比；車(chē)輛行駛于橋跨中時(shí)，阻尼比相對(duì)變化值較大。2) 簡(jiǎn)支鋼梁橋在跑車(chē)激勵(lì)下系統(tǒng)的阻尼比沒(méi)有明顯的規(guī)律性變化，且阻尼的測(cè)試值離散性也較大。3) 激勵(lì)強(qiáng)度越高識(shí)別的阻尼比數(shù)值相對(duì)越大。分析原因可能由于在環(huán)境激勵(lì)下，橋梁的振動(dòng)幅值較小，低振幅下阻尼的貢獻(xiàn)基本都是材料阻尼，在考慮車(chē)橋耦合作用下的跑車(chē)激勵(lì)模式下，高振幅下阻尼的貢獻(xiàn)除了材料阻尼，還包括車(chē)?橋之間的相互振動(dòng)、面板與支座間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及構(gòu)件間的連接等多種復(fù)雜因素造成。

圖14 不同質(zhì)量彈簧小車(chē)過(guò)橋時(shí)阻尼比時(shí)變規(guī)律

4 結(jié)論

1) 簡(jiǎn)支鋼梁橋的跨中動(dòng)撓度值隨著彈簧小車(chē)質(zhì)量、速度的增加而增大；動(dòng)力放大系數(shù)值隨著彈簧小車(chē)速度的增加而增大，而隨著質(zhì)量的增大則出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)車(chē)體質(zhì)量達(dá)到一定數(shù)值時(shí)達(dá)到最大，之后隨著車(chē)體質(zhì)量的增加而減小并趨于穩(wěn)定值。

2) 在車(chē)?橋耦合作用下，簡(jiǎn)支鋼梁橋的一階頻率在靜載測(cè)試工況和跑車(chē)激勵(lì)工況下均成半正弦形式變化，且不同的彈簧小車(chē)質(zhì)量改變，頻率的變化量不同，質(zhì)量越大，頻率變化越明顯。

3) 車(chē)輛激勵(lì)作用下的阻尼比明顯大于環(huán)境激勵(lì)下的阻尼比，且跨中時(shí)阻尼比相對(duì)變化值較大，激勵(lì)強(qiáng)度越高測(cè)試的阻尼比數(shù)值相對(duì)越大，阻尼識(shí)別值離散型較大，沒(méi)有明顯的規(guī)律性變化。

[1] 翟婉明, 夏禾. 列車(chē)?軌道?橋梁動(dòng)力相互作用理論與工程應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2011. ZHAI Wanming, XIA He. Train-track-bridge dynamic interaction: theory and engineering application[M]. Beijing: Science Press, 2011.

[2] YANG Y B, CHENG M C, CHANG K C. Frequency variation in vehicle–bridge interaction systems[J]. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2013, 13(2): 1350019.

[3] Cantero D, R?nnquist A. Numerical evaluation of modal properties change of railway bridges during train passage[J]. Procedia Engineering, 2017, 199: 2931?2936.

[4] 李慧樂(lè), 夏禾, 張楠, 等. 基于車(chē)橋耦合動(dòng)力分析的鋼橋疲勞損傷與剩余壽命評(píng)估[J]. 鐵道學(xué)報(bào), 2017, 39(1): 104?110. LI Huile, XIA He, ZHANG Nan, et al. Assessment of fatigue damage and remaining life of steel bridges based on train-bridge coupling dynamic analysis[J]. Journal of the China Railway Society, 2017, 39(1): 104?110.

[5] 譚國(guó)金, 劉子煜, 王龍林, 等. 車(chē)輛作用下中小跨徑裂縫簡(jiǎn)支梁橋自振特性分析[J]. 振動(dòng)工程學(xué)報(bào), 2016, 29(5): 831?841. TAN Guojin, LIU Ziyu, WANG Longlin, et al. Free vibration analysis of a small or medium-span cracked simply supported bridge considering bridge-vehicle interaction[J]. Journal of Vibration Engineering, 2016, 29(5): 831?841.

[6] 鄧露, 段林利, 何維, 等. 中國(guó)公路車(chē)?橋耦合振動(dòng)車(chē)輛模型研究[J]. 中國(guó)公路學(xué)報(bào), 2018, 31(7): 92?100. DENG Lu, DUAN Linli, HE Wei, et al. Study on vehicle model for vehicle-bridge coupling vibration of highway bridges in China[J]. China Journal of Highway and Transport, 2018, 31(7): 92?100.

[7] 李小珍, 葛延龍, 晉智斌. 跨座式單軌車(chē)輛?軌道梁耦合振動(dòng)的計(jì)算分析[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào), 2018, 35(1): 78? 83. LI Xiaozhen, GE Yanlong, JIN Zhibin. Calculation and analysis of the straddle-type monorail vehicle-track beam coupling vibration[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2018, 35(1): 78?83.

[8] ZHANG Q W, FAN L C, YUAN W C. Traffic-induced variability in dynamic properties of cable-stayed bridge [J]. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 2002, 31(11): 2015?2021.

[9] Kim C Y, Jung D S, Nam S K, et al. Effect of vehicle weight on natural frequencies of bridges measured from traffic-induced vibration[J]. Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2003, 2(1): 109?115.

[10] Chang K C, Kim C W, Borjigin S. Variability in bridge frequency induced by a parked vehicle[J]. Smart Structures and Systems, 2014, 13(5): 755?773.

[11] YANG Y B, CHENG M C, Chang K C. Frequency variation in vehicle–bridge interaction systems[J]. International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2013, 13(2): 1350019.

[12] KONG Xuan, CAI C S, DENG Lu, et al. Using dynamic responses of moving vehicles to extract bridge modal properties of a field bridge[J]. Journal of Bridge Engineering, 2017, 22(6): 04017018.

Experimental study on time-varying dynamic characteristic of simply supported steel girder bridge under vehicle-bridge coupled

ZHAO Lijie1,2, YANG Tao1, LIN Dongqin1

(1. College of Civil Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China; 2. Technology Innovation Center for Prefabricated Construction of Hebei, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China)

In order to study the time-varying rule of the dynamic characteristics of the simple supported steel girder bridge under the vehicle-bridge coupled vibration, the model test of the spring trolley simple supported steel girder bridge was designed. Through a series of static and dynamic load tests, the dynamic deflection of mid-span and dynamic magnification factor of simply supported steel beam bridge was obtained under different vehicle body mass and running speed, according to the monitored vibration response data. The modal parameters of the simple supported steel beam bridge under the environmental and roadster incentive were identified. The time-varying rule was analyzed. The following results are obtained. The dynamic deflection of mid-span and dynamic magnification factor of the simple supported steel girder bridge increase with the increase of vehicle weight and speed. The frequency of the simple supported steel girder bridge changes in half sine time history. The first-order frequency decreases by 53% at most. And the damping ratio of simply supported steel beam bridge under the action of vehicle has no obvious regularity. The change value is higher than that of the environmental excitation. However, the variation value is larger than that of simply supported steel girder bridge under environmental excitation.

vehicle-bridge coupled; simply supported steel girder bridge; variation of dynamic characteristic; modal analysis

TU311.3

A

1672 ? 7029(2021)03 ? 0695 ? 08

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20200406

2020?05?12

河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(E2019402183)；邯鄲市科技專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃資助項(xiàng)目(19422051008-29)

趙麗潔(1988?)，女，河北滄州人，副教授，博士，從事結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方向研究；E?mail：ljzhaocz@126.com

(編輯 涂鵬)