某連續(xù)剛構(gòu)橋動(dòng)載試驗(yàn)研究1

1、 某連續(xù)剛構(gòu)橋動(dòng)載試驗(yàn)研究 摘要：通過動(dòng)載試驗(yàn)，掌握橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，了解連續(xù)剛構(gòu)橋梁對動(dòng)載激勵(lì)的總體反應(yīng)，判斷橋梁的總體結(jié)構(gòu)剛度和內(nèi)在力學(xué)特性，為橋梁的安全使用提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋，荷載試驗(yàn)0 引言連續(xù)剛構(gòu)橋是隨著懸臂施工技術(shù)改進(jìn)，由連續(xù)梁橋、t型剛構(gòu)橋逐步發(fā)展而來。作為梁橋族里年輕的一員，在繼承連續(xù)梁橋、t型剛構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，它具有施工易行、造型美觀、經(jīng)濟(jì)適用等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了迅速地推廣和發(fā)展。連續(xù)剛構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)形式為梁體連續(xù)、墩梁固結(jié)，很好地保持了連續(xù)梁無伸縮縫、行車平順的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又類同t型剛構(gòu)不需要設(shè)支座，無需考慮體系轉(zhuǎn)換的易施工的優(yōu)點(diǎn)。墩身將較大的抗彎剛度和較小的抗推剛

2、度結(jié)為一體，順橋向抗彎剛度大，受力性能好，墩梁固結(jié)能有效減小跨中正彎矩。橫橋向抗扭剛度大，能較好滿足懸臂施工的抗風(fēng)要求，同時(shí)由于墩的柔性，順橋向抗推剛度小，能有效減小溫度、收縮徐變等次內(nèi)力，對結(jié)構(gòu)的抗震也更有利。作為一類數(shù)目不斷增多不斷發(fā)展中的橋梁，連續(xù)剛構(gòu)橋在役過程中，結(jié)構(gòu)在長期使用中難免也發(fā)生各種各樣的損傷，造成橋梁結(jié)構(gòu)抗力衰減和安全隱患。那么我們通過荷載試驗(yàn)來判斷在役連續(xù)剛構(gòu)橋的結(jié)構(gòu)剛度及承載能力，是極為重要且普遍的一種安全檢測手段,橋梁整體檢測可以反映橋梁的承載力以及使用狀況。通過科學(xué)的檢測技術(shù)能后得到橋梁結(jié)構(gòu)的整體狀況及局部損傷狀況。橋梁整體檢測一般采用的方法是靜載試驗(yàn)和動(dòng)載試驗(yàn)。通

3、過施加可控荷載對橋梁進(jìn)行試驗(yàn)，并通過試驗(yàn)檢測、收集橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變量、應(yīng)變分布和加速度等響應(yīng)數(shù)據(jù)，據(jù)此來評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能。本文也是基于對江蘇一座連續(xù)剛構(gòu)橋檢測的工程案例，通過對其上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)，測試橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性及在車輛作用下的動(dòng)力響應(yīng)。了解橋梁對動(dòng)載激勵(lì)的總體反應(yīng)，以此來判斷橋梁的總體結(jié)構(gòu)剛度和內(nèi)在力學(xué)特性，為橋梁的安全使用提供依據(jù)，同時(shí)總結(jié)連續(xù)剛構(gòu)橋動(dòng)載試驗(yàn)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)供同行交流參考。1 工程概況本文依托項(xiàng)目為全長1478.50m，共55跨，由10聯(lián)組成的混凝土梁橋，其中主橋?yàn)?跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑組合為52m+70m+52m，項(xiàng)目試驗(yàn)主要圍繞主橋開展。主橋上部結(jié)構(gòu)為

4、連續(xù)剛構(gòu)，橫截面為變截面的單箱單室箱梁，三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。箱梁中支點(diǎn)處梁高4.0m，跨中處梁高2.0m，底緣曲線為二次拋物線，頂板厚0.3m，底部厚0.25m0.60m，腹板厚0.45m0.60m，支點(diǎn)及跨中處設(shè)橫隔板。該橋的動(dòng)載試驗(yàn)項(xiàng)目包括橋跨結(jié)構(gòu)的自振特性測試及在車輛作用下的動(dòng)力響應(yīng)測試，其中自振特性通過由拾振器、放大器及記錄器組成的測試設(shè)備收集振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，而動(dòng)力響應(yīng)測試采取無障礙行車（跑車）時(shí)采集橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)撓度及動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)予以分析。2 試驗(yàn)過程1. 測試內(nèi)容1. 自振特性測試對于橋面沒有汽車通過和其他周期性干擾力，即橋梁空載工況下，受風(fēng)、地面微振等環(huán)境因素的影響，橋梁所受的激勵(lì)是平

5、穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)寬帶隨機(jī)激勵(lì)。結(jié)構(gòu)所響應(yīng)的主諧量是在其固有頻率附近的微振動(dòng)，通過拾振器及采集儀，記錄橋梁受環(huán)境影響下的振動(dòng)時(shí)程曲線，這通常稱作脈動(dòng)試驗(yàn)。通過脈動(dòng)試驗(yàn)振動(dòng)時(shí)程曲線可計(jì)算出橋梁自振頻率、振型和阻尼比，從而判斷結(jié)構(gòu)自振特性。本橋測點(diǎn)布置在橋面近人行道邊緣，共布設(shè)58個(gè)測點(diǎn)。1. 2.1.1自振特性測試2. 2.1.1自振特性測試4. 動(dòng)態(tài)測試本次試驗(yàn)在k18、k19孔跨中位置處各布置各1個(gè)動(dòng)態(tài)撓度測點(diǎn)，在k18、k19孔跨中位置處各布置2個(gè)動(dòng)態(tài)應(yīng)變測點(diǎn)，具體測試斷面見圖2.1，測點(diǎn)布置示意如圖2.2所示。測點(diǎn)布置示意如圖2.3所示。1. 橋梁動(dòng)態(tài)測試斷面布置示意圖（單位：mm）1. k1

6、8、k19孔跨中斷面動(dòng)態(tài)撓度測點(diǎn)布置圖1. k18、k19孔跨中斷面動(dòng)態(tài)應(yīng)變測點(diǎn)布置圖試驗(yàn)時(shí)，采用1輛重車分別以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、65km/h勻速駛過橋面，分別記錄測點(diǎn)的動(dòng)態(tài)撓度時(shí)程信號(hào)和動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)程信號(hào)。1. 1. 試驗(yàn)效率系數(shù)無障礙行車試驗(yàn)采用與靜載試驗(yàn)加載車輛相同的載重車輛。根據(jù)城市橋梁檢測與評(píng)定技術(shù)規(guī)范（cjj/t 233-2015）中相關(guān)要求，動(dòng)力荷載試驗(yàn)效率按下式：公式中相關(guān)字母含義，詳見上述規(guī)范，這里不再累述。本橋原設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為汽車-20級(jí)，結(jié)合現(xiàn)場情況及理論計(jì)算結(jié)果，本次試驗(yàn)采用1輛約46t重貨車作為試驗(yàn)荷載車輛進(jìn)行無障礙行車試驗(yàn)。根據(jù)理

7、論計(jì)算情況，本次動(dòng)載試驗(yàn)的荷載效率控制在0.35附近。3 結(jié)果分析1. 自振特性測試結(jié)果通過環(huán)境激勵(lì)下的脈動(dòng)試驗(yàn)，由橋面各測點(diǎn)振動(dòng)時(shí)程曲線經(jīng)分析得到三跨連續(xù)剛構(gòu)的豎、橫向頻譜分析圖和相關(guān)振型圖，其模態(tài)測試結(jié)果匯總?cè)缦拢?. 由模態(tài)測試得到的三跨連續(xù)剛構(gòu)豎向一階自振頻率為1.701hz，略小于理論計(jì)算值1.727hz，表明其實(shí)際豎向剛度小于理論豎向剛度。1. 主橋三跨連續(xù)剛構(gòu)實(shí)測豎向1、2階阻尼比分別為1.194%和0.857%，較混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比通常值偏低，其余各階阻尼比基本符合混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比通常值。2. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)測試結(jié)果3.2.1動(dòng)態(tài)應(yīng)變測試結(jié)果在重車分別以20km/h、30km/h、40

8、km/h、50km/h、65km/h勻速駛過橋面時(shí)， 動(dòng)應(yīng)變測試分析結(jié)果見表3.1，典型動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線見圖3.1，動(dòng)力放大系數(shù)與速度關(guān)系曲線見圖3.2。表3.1 動(dòng)應(yīng)變測試結(jié)果分析表測點(diǎn)位置行車速度實(shí)測最大動(dòng)應(yīng)變值（）動(dòng)力放大系數(shù)k18孔跨中20km/h6.9250.39330km/h6.1700.15140km/h5.7850.10950km/h6.8980.31865km/h7.0280.402k19孔跨中20km/h11.9000.26030km/h10.3870.11740km/h11.0680.25950km/h10.3950.15465km/h10.1920.281圖3.1 k18

9、孔箱梁跑車動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)程曲線（50km/h）圖3.2 k18孔動(dòng)力放大系數(shù)與速度關(guān)系圖動(dòng)應(yīng)變測試結(jié)果表明：1. 實(shí)測應(yīng)變動(dòng)力放大系數(shù)最大值為0.402，這是由于主橋橋面鋪裝破損較嚴(yán)重，汽車沖擊較大所致。1. 實(shí)測應(yīng)變動(dòng)力放大系數(shù)與車輛速度大小的關(guān)系不明顯。3.2.2動(dòng)態(tài)撓度測試結(jié)果在重車分別以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、65km/h勻速駛過橋面時(shí)，動(dòng)撓度測試分析結(jié)果見表3.2，典型動(dòng)撓度時(shí)程曲線見圖3.3，動(dòng)力放大系數(shù)與速度關(guān)系曲線仍不明顯。表3.2 動(dòng)撓度測試結(jié)果分析表試驗(yàn)對象行車速度最大動(dòng)撓度值（mm）動(dòng)力放大系數(shù)k18孔箱梁20km/h4.0550.40230k

10、m/h3.8060.19540km/h3.5530.12650km/h4.6040.35065km/h4.5540.356k19孔箱梁20km/h5.2660.26230km/h4.1980.16240km/h4.0490.13550km/h4.3250.19365km/h4.2250.090圖3.3 k18孔箱梁跑車動(dòng)態(tài)撓度時(shí)程曲線（50km/h）動(dòng)撓度測試結(jié)果表明：1. 實(shí)測撓度動(dòng)力放大系數(shù)最大值為0.402，這是由于主橋橋面鋪裝破損較嚴(yán)重，汽車沖擊較大所致。1. 實(shí)測撓度動(dòng)力放大系數(shù)與車輛速度大小的關(guān)系不明顯。4 動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)論1. 主橋三跨連續(xù)剛構(gòu)實(shí)測豎向一階自振頻率1.701hz小于理論值1.727hz，表明結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度略小于理論剛度。1. 主橋三跨連續(xù)剛構(gòu)實(shí)測豎向1、2階阻尼比分別為1.194%和0.857%，較混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比通常值偏低。1. 在重車以20km/h65km/h勻速駛過橋面時(shí)，主橋三跨連續(xù)剛構(gòu)實(shí)測應(yīng)變、撓度動(dòng)力放大系數(shù)最大值均達(dá)到為0.402，這是由于主橋橋面鋪裝破