增從高速增江大橋動力荷載試驗研究

游曾二

摘要：對增江大橋進(jìn)行動力荷載試驗，測試其結(jié)構(gòu)的振動特性，考察橋梁結(jié)構(gòu)的動力特性及整體共同作用的綜合參數(shù)，并與理論計算結(jié)果進(jìn)行比較，對橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力做出了評價。確保橋梁的主體結(jié)構(gòu)處于良好的工作狀態(tài)，保證橋梁投入使用后的運營安全。

關(guān)鍵詞：增江大橋；動力荷載；承載能力；試驗研究

1 橋梁概況

增從高速增江大橋主橋采用主跨110m的連續(xù)箱梁體系，跨徑組合為：68m+2×110m+75m+55m連續(xù)箱梁，主橋橋墩采用單薄壁空心墩。上部構(gòu)造為預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁體系。箱梁梁高和底板厚度均按1.8次拋物線設(shè)計。采用單箱單室預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)，110m跨梁高從跨中（邊跨端部）3.0m變化到主墩根部的6.5m；75m跨梁高從跨中（邊跨端部）2.5m變化到主墩根部的4.5m。箱梁兩側(cè)懸臂為2×3.3625m，懸臂板根部厚度為80cm；底板寬9.0m，頂板寬16.25m；110m跨箱梁底板厚度從28cm變化到根部90cm；75m跨箱梁底板厚底從28cm變化到根部90cm；腹板厚度采用55cm，65cm，80cm三種厚度；110m跨箱梁0#段橫梁厚度為300cm；75m跨箱梁0#段橫梁厚度為200cm。主橋立面布置圖如圖1。

橋梁設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級。箱梁采用C55混凝土，主墩墩身采用C40混凝土，鉆孔灌注樁采用C25混凝土。

2 測試內(nèi)容

本次動載試驗主要測定結(jié)構(gòu)的振動特性，內(nèi)容包括：

（1）結(jié)構(gòu)自振頻率及振型測定；

（2）結(jié)構(gòu)自振阻尼比測定；

（3）結(jié)構(gòu)動力系數(shù)測定。

3 試驗方法及測點布置

3.1 脈動試驗

脈動試驗是在自然狀態(tài)下，通過布置在橋梁上的加速度傳感器拾取結(jié)構(gòu)由大地脈動和周圍環(huán)境的各種擾動引起的振動響應(yīng)信號，用動態(tài)信號采集系統(tǒng)進(jìn)行采樣、分析，以測定結(jié)構(gòu)的相關(guān)動力特性（如固有頻率、振型、阻尼比等）。本次試驗沿主橋的各橋跨兩側(cè)的跨中、L/4處和3L/4位置布置測點，試驗測點布置見圖2。

3.2無障礙行車試驗

在橋面無任何障礙的情況下，利用2臺重約400kN的載重汽車，分別以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的車速來回在橋面行駛，測試結(jié)構(gòu)在行車荷載作用下的動力反應(yīng)。通過橋梁撓度儀測量主梁A-A截面的動撓度，由此分析得到相應(yīng)的動力系數(shù)。測點布置見圖2所示。

3.3 有障礙行車試驗

在主梁A-A截面處橋面上設(shè)置高7cm的弓形板作為障礙物，以模擬橋面不平整狀態(tài)。利用2臺重約400kN的載重汽車，分別以5km/h、10km/h、15km/h、20km/h、25km/h、30km/h的速度在橋面上并行行駛，測試結(jié)構(gòu)在橋面不良狀態(tài)時在行車荷載作用下的動力反應(yīng)。其測試內(nèi)容與無障礙行車試驗相同。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 脈動試驗

脈動試驗采樣頻率為37.7Hz，每次采樣時間為20min。

試驗結(jié)果采用峰值拾取法進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。圖3～5為理論分析所得的前三階模態(tài)（振型）圖。圖6～8為實測并分析所得的前三階模態(tài)（振型）圖。圖9給出了部分測點實測振動信號的頻譜分析結(jié)果。

由表1可以看出，結(jié)構(gòu)前三階實測頻率均比理論值高，說明結(jié)構(gòu)的整體剛度滿足設(shè)計要求。阻尼比在3.07%～4.30%之間，相對較小，說明在小振幅范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的阻尼比較低。

4.2 行車試驗

動力系數(shù)：

式中：

—動力荷載引起檢測變位的實測最大動力變形或力值（即最大波峰值）；

圖10給出了行車試驗中A-A截面部分實測動撓度時程曲線。根據(jù)該曲線，可獲得該截面最大動撓度值并計算出相應(yīng)的動力系數(shù)值，如表2所示。從表中可以看出，當(dāng)兩輛重約400kN的重車以10～60km/h車速駛過平整橋面時，該截面最大動撓度為-6.59mm，實測平均動力系數(shù)在1.003～1.012之間。而同兩輛重約400kN的重車以5km/h、10km/h、15km/h、20km/h、25km/h、30km/h的速度駛過有障礙橋面時，該截面最大動撓度為-7.75mm，實測平均動力系數(shù)在1.070～1.137之間。從實測結(jié)果可以看出，在同一車速下，有障礙行車比無障礙行車試驗測得動力系數(shù)要大的多，說明橋面不平整對結(jié)構(gòu)工作狀況影響較為不利。因此，在橋梁運營中保持橋面平整順暢是十分必要的。

5 結(jié)論及建議

結(jié)構(gòu)實測頻率比理論計算值略高，表明結(jié)構(gòu)整體剛度滿足設(shè)計要求，結(jié)構(gòu)一至三階模態(tài)（振形）與理論較為吻合。由此可見，該橋在力學(xué)性能上滿足設(shè)計要求。

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