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(內(nèi)蒙古交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古 赤峰024005)

1 工程概述

本人橋梁工程橋采用單跨550m的鋼-混疊合梁簡(jiǎn)支懸索橋，橋?qū)?0.5 m。加勁梁為鋼-混疊合梁，由鋼梁通過(guò)剪力釘與混凝土橋面板結(jié)合而成，加勁梁全寬30.5 m，中心線處梁高3.92 m。主纜成橋狀態(tài)計(jì)算跨度為（130+550+210）m，主跨垂跨比為1/10。主纜采用預(yù)制平行鋼絲束股（PPWS），主跨兩根主纜的中心間距25.5 m。橋塔結(jié)構(gòu)是由塔柱、橫梁組成的門(mén)式框架。塔柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為普通鋼筋混凝土，橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力混凝土。本工程道路路面為雙向四車(chē)道，一級(jí)公路。

動(dòng)載試驗(yàn)主要通過(guò)脈動(dòng)試驗(yàn)、無(wú)障礙行車(chē)及剎車(chē)試驗(yàn)測(cè)定橋跨結(jié)構(gòu)在試驗(yàn)動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特征，動(dòng)荷載下的動(dòng)力響應(yīng)，評(píng)定實(shí)際結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能。

2 動(dòng)載試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

該橋梁的試驗(yàn)截面選取主跨（4-4、6-6、8-8）截面進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)。動(dòng)載試驗(yàn)截面布置如圖1所示。采集橋跨結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)狀態(tài)下關(guān)鍵部位振動(dòng)加速度、特征截面動(dòng)應(yīng)變時(shí)域信號(hào)，通過(guò)頻譜分析等方法得到橋跨結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)。

圖1 動(dòng)載測(cè)試布置圖

自振特性測(cè)定試驗(yàn)采用的激勵(lì)方式：

（1）脈動(dòng)試驗(yàn)：試驗(yàn)前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，再通過(guò)環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)法，采集設(shè)定長(zhǎng)時(shí)間下其橋面脈動(dòng)產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)，再具體分析橋梁結(jié)構(gòu)所屬的實(shí)際振型。

（2）無(wú)障礙行車(chē)激勵(lì)：試驗(yàn)前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，通過(guò)4輛載重（載重約35噸）的卡車(chē)，以路面中央位置的分隔帶作為中心界線，道路兩邊分別2輛對(duì)稱(chēng)行車(chē)，設(shè)定4輛車(chē)的速度按照設(shè)定速度勻速行駛且同時(shí)起步行駛，分別以30km/h、40km/h、50km/h、60km/h勻速行駛使，采集行駛過(guò)程中橋梁所呈現(xiàn)的受迫振動(dòng)，測(cè)算橋跨工程結(jié)構(gòu)受車(chē)輛行駛荷載的作用力下采集其動(dòng)力反應(yīng)時(shí)程曲線。

（3）無(wú)障礙剎車(chē)激勵(lì)：試驗(yàn)前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，通過(guò)4輛載重（載重約35噸）的卡車(chē)，以路面中央位置的分隔帶作為中心界線，道路兩邊分別2輛對(duì)稱(chēng)行車(chē)，設(shè)定4輛車(chē)的速度按照設(shè)定速度勻速行駛且同時(shí)起步行駛，分別以30km/h、40km/h、50km/h、60km/h勻速行駛至設(shè)定的試驗(yàn)截面采取剎車(chē)，測(cè)算橋跨工程結(jié)構(gòu)在車(chē)輛行駛制動(dòng)力荷載作用下其動(dòng)力反應(yīng)時(shí)程曲線。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 橋跨結(jié)構(gòu)振型

采用橋梁領(lǐng)域?qū)I(yè)軟件MIDAS Civil有限元程序（考慮恒載幾何非線性）對(duì)大橋整體進(jìn)行理論分析，主纜及吊索采用桁架模擬，主梁和索塔采用梁?jiǎn)卧M，橋面板采用板單元模擬，支座按實(shí)際位置及約束條件進(jìn)行模擬，有限元模型共劃分1548個(gè)單元（包括桁架單元、梁?jiǎn)卧鍐卧?72個(gè)節(jié)點(diǎn)。

該橋振型采集，對(duì)該橋豎平面內(nèi)彎曲、橫向彎曲自振特性以及扭轉(zhuǎn)自振特性進(jìn)行測(cè)試，且模態(tài)測(cè)試階數(shù)要求不少于9階（主振型）。實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。從表中可以看出：（1）實(shí)測(cè)該橋橋跨豎向基頻為0.215 Hz，大于相應(yīng)的理論計(jì)算豎向基頻0.162 Hz，實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)剛度大于有限元分析剛度。（2）實(shí)測(cè)振型與理論計(jì)算振型基本吻合，橋梁振型無(wú)異常情況。

表1 主橋?qū)崪y(cè)動(dòng)力特性

3.2 行車(chē)動(dòng)力響應(yīng)

根據(jù)《公路橋梁荷載試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T J21-01-2015）中6.6.5 節(jié)要求，對(duì)于該特大跨徑橋梁，本次擬采用動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線計(jì)算沖擊系數(shù)。表2為主跨動(dòng)應(yīng)變測(cè)試分析結(jié)果。

表2 主跨動(dòng)應(yīng)變測(cè)試分析結(jié)果表

該橋4-4截面應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)最大值為1.04 ，6-6截面應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)最大值為1.02 ，8-8截面應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)最大值為1.03 。按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》[2]（JTG D60-2015）中規(guī)定，理論計(jì)算沖擊系數(shù)μ=0.05 。根據(jù)《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》[3]中“車(chē)輛荷載作用下測(cè)定結(jié)構(gòu)的動(dòng)力系數(shù)（應(yīng)變?cè)龃笙禂?shù)）應(yīng)滿足(σmax-1)η≤μ”的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算可知實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)在0.01 ～0.04 之間，小于理論計(jì)算沖擊系數(shù)0.05 。因此該橋的實(shí)測(cè)沖擊系數(shù)滿足規(guī)范要求。

3.3 阻尼比分析結(jié)果

將拾振器安裝在各動(dòng)載測(cè)試截面的橋面鋪裝上，用橡皮泥將拾振器底座與橋面粘貼在一起，用動(dòng)態(tài)信號(hào)采集分析系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)，得到在行車(chē)激振作用下試驗(yàn)截面的振動(dòng)速度時(shí)程曲線。

根據(jù)采集的振動(dòng)速度時(shí)程曲線擬采用波形分析法進(jìn)行阻尼比分析，多階自振信號(hào)疊加的波形通常首先分離為單一頻率的自振頻率。根據(jù)阻尼比，分析結(jié)果如表3。

表3 阻尼比分析結(jié)果表

實(shí)測(cè)各階振型阻尼比范圍為0.113 ～0.899 ，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)較小，衰減較慢，這與結(jié)構(gòu)的形式是一致的。

3.4 截面行車(chē)振動(dòng)頻譜分析結(jié)果

從表4的分析數(shù)據(jù)得出，實(shí)際的行車(chē)振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)分析基頻均高于設(shè)定的理論基頻，所得數(shù)據(jù)基本與脈動(dòng)分析基頻相穩(wěn)合。

表4 動(dòng)載試驗(yàn)跑車(chē)振動(dòng)曲線頻譜分析結(jié)果表

4 結(jié)論

實(shí)際測(cè)算數(shù)據(jù)得出本大跨度橋梁的主跨豎向基頻數(shù)據(jù)為0.215 Hz，大于原設(shè)定的理論基頻數(shù)據(jù)0.162 Hz。試驗(yàn)前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，激勵(lì)振動(dòng)響應(yīng)分析基頻均高出原高定的理論基頻，實(shí)際測(cè)算的橋跨沖擊系數(shù)范圍在0.01 ～0.04 ，再乘以相應(yīng)的動(dòng)載效率后小于理論計(jì)算沖擊系數(shù)0.05 。大跨度橋梁在車(chē)輛運(yùn)行中其振型沒(méi)有產(chǎn)生異常情況，實(shí)際測(cè)算的振型數(shù)據(jù)與原設(shè)定的理論振型數(shù)據(jù)相吻合，實(shí)際測(cè)算的阻尼數(shù)據(jù)也基于正常。

以上數(shù)據(jù)表明：試驗(yàn)前提在橋梁路面不存在任何阻力和障礙之下，橋梁在實(shí)測(cè)中的各項(xiàng)動(dòng)力系數(shù)均符合正常設(shè)計(jì)，大跨度橋梁的整體動(dòng)力特性呈現(xiàn)良好，行車(chē)性能也基本滿足相關(guān)設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求。