牌樓長江大橋動載試驗(yàn)研究

謝 勇，盧星輔

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000)

1 工程概況

牌樓長江大橋設(shè)計為雙塔雙索面斜拉橋，跨徑布置為：4×57.5 m+730 m+4×57.5 m。鋼主梁段采用扁平鋼箱梁，結(jié)構(gòu)采用9跨連續(xù)半漂浮體系，空間密索布置。大橋距上游的萬州長江大橋約4.2 km，距下游的萬州長江二橋約4.8 km，為萬州區(qū)境內(nèi)的第四座長江大橋。

2 動載試驗(yàn)內(nèi)容

橋梁結(jié)構(gòu)的動載試驗(yàn)，主要是測試結(jié)構(gòu)自振特性參數(shù)和動力響應(yīng)值。自振特性參數(shù)主要是用傳感器布置在被測結(jié)構(gòu)振型的峰(谷)點(diǎn)上，選擇相應(yīng)參考點(diǎn)，同時記錄信號，進(jìn)行分析得到。動力響應(yīng)主要測試動撓度，動應(yīng)變，動力放大系數(shù)等。但是目前對特大跨徑橋梁，目前尚缺乏實(shí)用可靠的、分辨率能較好滿足要求的動撓度測試設(shè)備。因此在現(xiàn)場條件受限無法測定動撓度時，通常采用動應(yīng)變來計算沖擊系數(shù)。

2.1 自振特性參數(shù)試驗(yàn)

橋梁自振特性識別采取思路：有限元計算→現(xiàn)場試驗(yàn)→調(diào)整計算參數(shù)→調(diào)整邊界條件→有限元計算→確定自振特性。

自振特性參數(shù)主要通過結(jié)構(gòu)物自身隨大地的脈動來采取識別。脈動試驗(yàn)實(shí)際就是封閉大橋兩端的交通，不讓任何車輛駛?cè)氪髽?，讓橋梁處于環(huán)境激勵下，做很小的微振動。本次試驗(yàn)采用江蘇東華測試技術(shù)股份有限公司最新的DH5907N無線橋梁模態(tài)測試分析系統(tǒng)，內(nèi)置三向測試模塊，可同時進(jìn)行縱向，橫向，豎向的信號采集。在730 m主跨分為十等分，各個邊跨分為二等分，主墩上布置測點(diǎn)，單側(cè)共布置27個傳感器。為了得到大橋的扭轉(zhuǎn)振型，另一側(cè)也布置了27個傳感器，共54個。為了信號傳輸及振型測試的需要，選取了跨中附近的測點(diǎn)作為參考點(diǎn)，其余11臺儀器可移動測量，共分6批次進(jìn)行測量。在測試過程中，為了保證采集的樣本量足夠，能夠滿足FFT分析時能夠加窗重疊，要求每個批次采樣時間都在40分鐘以上。

2.2 動力響應(yīng)試驗(yàn)

橋梁結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)試驗(yàn)，主要是測定結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的反應(yīng)，如跑車、剎車、跳車等外部激勵，讓結(jié)構(gòu)做強(qiáng)迫振動，然后用相應(yīng)動載試驗(yàn)設(shè)備設(shè)置一定的采樣頻率采集速度或加速度時域曲線，動應(yīng)變時程曲線，進(jìn)行頻譜分析或進(jìn)行沖擊系數(shù)分析。然后跟設(shè)計規(guī)范比較，看大橋的動力響應(yīng)是否超出正常范圍。

2.3 測試截面及測點(diǎn)布置

根據(jù)測試橋跨結(jié)構(gòu)形式及受力特性：選取主跨跨中截面J1作為動力響應(yīng)測試截面；選取邊跨二分點(diǎn)及主跨十分點(diǎn)作為自振特性參數(shù)截面。如圖1所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 頻率、振型測試

圖2 振型比較圖

采用脈動測試的方法， 得出大橋的豎向振型，橫向振型，扭轉(zhuǎn)振型，并與理論模型進(jìn)行比較，得出實(shí)測振型與理論振型基本吻合，且實(shí)測頻率均大于理論頻率，表明結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計要求。

3.2 動應(yīng)變及動力響應(yīng)測試

通過對動應(yīng)變跑車時程曲線計算得到測試截面的應(yīng)變增大系數(shù)，圖3為測試截面典型測點(diǎn)動應(yīng)變里程曲線。

圖3 J1截面底板測點(diǎn)與頂板測點(diǎn)動應(yīng)變里程曲線

4 結(jié) 語

(1)實(shí)測主橋豎向一階頻率為0.273 Hz，大于相應(yīng)的理論計算值0.261 Hz；主跨跨中截面底板實(shí)測應(yīng)變增大系數(shù)在1.02～1.06之間；頂板實(shí)測應(yīng)變增大系數(shù)在1.04～1.29之間；橋梁振型無異常情況，實(shí)測振型與理論計算振型吻合，實(shí)測阻尼正常，說明牌樓長江大橋動力特性和動力響應(yīng)正常。(2)在結(jié)構(gòu)動載測試中，要選擇合適的采樣頻率，對于大跨徑的柔性結(jié)構(gòu)橋梁，一定要采集足夠長的時間，做頻譜分析時頻率分辨率才能更精確。