实测影响线法动力性能评价

庞 鹏 施尚伟

目前主要采取评价桥梁的自振特性以及动力响应这两种方法进行桥梁动力性能研究,动载试验中通过匀速跑车试验来测定结构某载面的动挠度或动应变时间历程曲线,这类曲线包含着与挠度、内力影响线密切相关的信息[1]。

通过必要的结构分析以及数据处理,可以分离出具有实际意义的实测影响线。通过对太平溪大桥冲击振动的实测数据的系统分析和研究,成功的运用了实测影响线对连续拱桥的动力性能进行分析,并验证了此方法在桥梁动力性能评价中的有效性。

1 工程概况

太平溪大桥位于重庆市万州区境内,是一座3×80 m的钢筋混凝土箱形悬链线无铰拱桥,矢跨比 f0/L0=1/6,拱轴系数m=2.514,拱圈高1.5 m,拱圈全宽7.6m,采用40号混凝土。桥面全宽0.75 m(人道行)+7.00 m(车行道)+0.75 m(人道行)=8.50 m,双车道设计。桥梁设计荷载标准为汽车—20级、挂车—100级,人群3.5 kN/m2。

2 结构模态分析

采用有限元模型对桥梁进行模态分析,分析结果见图1。

3 动力试验检测

3.1 动力特性实测结果

采用跑车余振、脉动信号使结构产生自由振动,并通过时域分析以及FFT(快速傅立叶变换),识别结构的自振频率[2]。大桥动力特性实测结果以及实测频率 f实测与计算频率f计算见表1。

表1 主跨结构动力特性检测结果汇总

3.2 动力响应

在桥面无障碍情况下,采用一辆三轴加载车(32.08 t)居中匀速通过桥梁,车速分别为10km/h～50km/h,跑车和刹车试验动力响应检测结果见表2。

通过对动挠度和动应变时间历程信号的分析处理,得到测试部位的应变增大系数[3]:

其中,εdmax为最大动应变;εjmax为最大静应变。

各种车速跑车试验的应变增大系数实测结果见表3。

表2 跑车、刹车试验动力响应检测结果

表3 跑车、刹车试验动力响应检测结果

3.3 实测影响线

对低速跑车试验(10km/h)的动应变信号进行滤波处理得到准静态分量以及相应测试部位的应变影响线。拱顶截面(J1)、拱脚截面(J3)实测应变影响线如图2所示,图2中给出了实测应变影响线,反映出移动荷载作用于结构不同位置对测试部位的影响。

4 动力试验检测结果分析

1)主拱前4阶竖向弯曲自振频率实测值分别为1.453 Hz,2.024 Hz,2.591 Hz以及3.206 Hz,与计算自振频率的比值介于1.37～1.67之间,表明结构实际刚度大于计算刚度,同时验证有限元计算模型的可靠性。2)10km/h～50km/h跑车试验,中跨拱顶截面(J1)实测平均应变增大系数介于1.03～1.12之间,20km/h时最大,与同类桥型相比,J1截面的应变增大系数量值处于合理范围,同时J1截面的动力增大效应与车速有较明显的相关性[4]。3)分析图2中的实测应变影响线可以得出,其与理论影响线相比,无明显变异点有较高的一致度,同时验证了实测应变影响线的有效性。4)在对图2实测应变影响线以及图1前4阶弯曲振型的分析可以得出,中跨拱脚截面的应变影响线峰值区间与三、四阶振型的峰值区间重叠,因三、四阶振型频率与车辆自振频率接近,所以容易导致车桥耦合振动,这是冲击效应偏大的主要原因之一。

[1] 舒绍云.动测参数评定梁式桥结构性能方法研究[D].重庆:重庆交通大学硕士学位论文,2008.

[2] 徐天庆,李德寅,熊健民.工程材料与桥梁结构的力学性能测试[M].北京:国防工业出版社,1997.

[3] 章关永.桥梁结构试验[M].北京:人民交通出版社,2003.

[4] 施尚伟.万州太平溪大桥荷载试验检测报告[R].重庆:重庆交通大学建筑工程质量检测中心,2007.