钢筋混凝土桁架拱桥动载试验分析.pdf

7 0 低温建筑技术 2 0 1 1 第 7期 ( 总第 1 5 7期 ) 钢筋混凝土桁架拱桥动载试验分析 俞文彬 ( 江西省交通科学研究院交通桥 梁检测加 固有限公司 ， 南昌3 3 0 0 3 8) 【 摘要】 本文以南昌市孺子桥为工程背景， 介绍了钢筋混凝土桁架拱桥动载试验的内容、 方法， 通过对实 测结果与有限元计算值进行对比研究 ， 得出该桥的一些动力参数， 并对动力性能进行评价， 为同类型桥梁动载试 验及设计提供一些参考。 【 关键词】 桁架拱桥； 动载试验； 动力评价 【 中图分类号】 T U 3 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 7 0 0 2 1 工程概况 孺子桥位于南昌市孺子路延伸段， 跨抚河古道， 桥梁全 长 8 5 3 2 m， 桥型为3 2 5 m钢筋混凝土桁架拱桥， 矢跨比 1 8 。横向布置 8片钢筋混凝土拱肋 ， 桥面采用微弯板， 桥面净 宽： 1 5 m+ 2 5 m( 人行道) 。桥梁设计荷载 ： 城 一B级； 人群 荷载 5 k N m 。 图I 孺子桥整体图 2 试验计算模型 考虑到各孔上部结构的独立性， 采用单孑 L 计算模型， 采 用“ M I D A S C I V I L ” 有限元程序进行模拟。弦杆、 腹杆及横 向联系均用空间梁单元， 桥面板用板单元， 拱顶实腹段与下 弦杆利用程序的刚性连接模拟， 拱脚为固结。考虑到桥面 磨损及开裂情况， 扣除3 c m的钢筋混凝土桥面铺装层 ， 计入 7 e ra钢筋混凝土桥面铺装参与受力， 各材料参数取值均采用 实测值。计算模型如图 1 所示。 图2 空间计算模型 3 试验内容 依据文献 1 的要求， 结合本桥受力特点， 选取如下 4 个动载试验工况。 ( 1 ) 跑车试验 ： 在桥面无任何障碍的情况下， 用一辆 载重汽车分别 以 1 O 、 2 o 、 3 0 、 4 0 k m h匀速通过桥梁， 测定试 验桥跨结构在运行车辆荷载作用下的动力响应( 动位移) 。 ( 2 ) 跳车试验 ： 在桥梁第三跨的 0 5 L截面处设置高 1 5 c m的障碍物， 试验车以车速 1 0 k m h驶过障碍物 ， 通过障 碍后立即刹车 ， 测量结构动位移。 ( 3 ) 刹车试验 ： 用一辆载重汽车以2 0 k m h匀速通过 桥梁第三跨的0 5 L截面处后立即刹车， 测量结构动位移。 ( 4 ) 脉动试验： 测量桥梁固有振动频率、 阻尼比。 本桥动态测试采用的主要仪器有 ： A z 1 0 8 型动态数据 采集仪、 A Z - 8 0 8型放大及滤波器、 T S 3 8 3 2型动态应变数据采 集仪、 笔记本电脑、 C R AS动态信号采集分析软件系统、 9 4 1 一 B型垂直向振动传感器。动载试验选用一辆三轴载重汽车 ( 前轴重6 0 k N， 中后轴重 1 2 0 k N， 前中轴距为 3 5 m， 中后轴 距为 1 3 m， 轮 距 1 9 m) 作 为 激振设 备 ， 车辆 总重 约 为 3 0 0 k N。 在桥梁第三跨 ( 3 # 台 一 2 # 墩) 的八分点处各布置一个 9 4 1 一 B型振动测点， 共布置 9个测点； 在桥梁第三跨的0 5 L 截面处布置一个动位移测点， 共布置 1 个动位移测点。布置 示意图如图 2所 示。 4试验结果及分析 4 。 1 冲击系数结果分析 当车辆以一定速度通过桥跨或在跨中以一定的速度越 障时， 将引起桥梁的振动， 从而使桥梁结构在静应力的基础 上承受较大的动应力， 动挠度也比相同静载时大。这种动 参考 文献 1 G B J 1 1 7 8 8 ， 工业构筑物抗震鉴定标准f S 2 S H T 3 0 5 5 2 0 0 7 ， 石油化工管网支架设计规范 s 3 曲昭嘉， 王瑾， 曲圣伟 简明管道支架设计及构造手册 M 北 京 ： 中国机械工业 出版社 ， 2 0 0 2 4 S H T 3 1 3 0 2 0 0 2 ， 石油化工建筑抗震鉴定标准 S 5 G B J 1 1 7 8 8 ， 工业构筑物抗震鉴定标准 S 6 G B 5 0 1 9 1 9 3 ， 构筑物抗震设计规范 S 收稿日期 2 0 1 l 一 0 2 2 5 作者简介 张茂盛( 1 9 8 5一) ， 男， 甘肃平川人， 硕 ： 研究生 研究方 向： 事故分析 与处理 。 俞文彬 ： 钢筋混凝土桁架拱桥动载试验分析 7 1 0 模态测点 跑车、跳车及刹车动位移测点 图3 测试截 面位置示意图 荷载对应力和挠度增大的影响， 通常采用冲击系数来衡量。 冲击系数的大小综合反映了桥跨结构 的动力性能、 桥面平 整度及运行车辆的动力特性、 车速等 因素的影响。因此冲 击系数往往 成为确定车辆 载荷 对桥梁 动力作用 的重要 参数。 动载试验中测试动挠度或动应变时 ， 冲击系数( 1 + ) 的计算公式如下： 1+ z=5 式中， s 一为动载作用下该测点最大动挠度值或动应变 值； s 一 为相应静载荷作用下该测点挠度或应变值 ， 其值可 由静载试验测得。各种车速跑车、 跳车及刹车工况下实测 动挠度及冲击系数见表 l 。 表 l 各工况下实测冲击系数值 从表 1可以看 出， 孺子桥跑车时冲击系数在 1 2 6 1 3 1 范围内， 跳车 冲击系数最大， 为 1 4 2 ， 依据 J T G 1 9 6 0 2 O O 4 ( 公 路桥涵设 计通用 规范， 该桥 理论计 算基 频 为 4 1 5 H z ， 其设计规范冲击系数为 1 2 5， 故该桥跑车、 跳车及 刹车冲击系数大于规范取用值 ， 分析其原因主要是由于桥 面不平整造成重车行驶时过大的冲击。从表 1中还可以看 出， 跑车冲击系数随车速增加而增加。这些都表明了， 该桥 在今后的运营管理中应确保桥面平顺 ， 还应适当控制重车 通过桥梁的速度。 4 2自振特性分析 本次脉动试验方法是通过大地脉动作用下桥梁结构的 振动加速度信号分析， 用脉动响应波形的 自功率谱来确定 桥梁 自振频率及阻尼比。本桥实测及理论前 2阶振动频率 结果见表 2 ( 桥梁 自振频率) 。理论分析得到桥梁前 2阶振 型 图见图 3 、 图 4 。 表 2 孺子桥自振特性 表 2可 以看 出， 桥 梁结 构各 阶振 动实测 阻尼 比为 2 5 2 一 2 5 5 ， 在正常范围内， 属于小阻尼振动 ， 符合该类 型桥梁动力特性， 说明该桥结构质量分布与截面设计合理 ， 结构无明显的病害； 该桥各阶实测振动频率与理论频率的 比值在 1 0 2 1 0 3 之间， 说明该桥整体刚度达到设计要求。 图4 理论一阶振型图 图5 理论二阶振型图 5结语 通过数据分析与评定， 对该桥动力性能可以得出如下 结论 ： 跑车、 跳车、 及刹车情况下， 实测冲击系数大于设计取 用的值， 冲击系数随车速增加而增大， 说明该桥应注意确保 桥面平顺 ， 避免重车出现跳车、 急刹车情况 ， 重车通过桥梁 时， 应适当控制车速。该桥实测前 2 阶自振频率略大于理论 计算频率 ， 说明该桥整体刚度符合设计要求； 实测各阶振动 阻尼比在正常范围内， 属于小阻尼振动， 表明结构无明显的 病害。 参考文献 1 交通部公路科学研究所等 大跨径混凝土桥梁的试验方法 Z 1 9 8 2 2 J T G 1 3 6 0 - 2 0 0 4 ， 公路桥涵设计通用规范 s 3 交通部公路科学研究所 公路桥梁承载能力检测评定规程 ( 报批稿) z 收稿日期 2 0 1 l 一 0 4 1 1 作者简介 俞文彬( 1 9 8 2一) ， 男， 江西婺源人， 技术员， 从事 桥梁检测工作。