振荡压实对桥梁结构损伤影响研究

武海燕WU Hai-yan；张丙玺ZHANG Bing-xi；左俊朝ZUO Jun-chao

（①河北省高速公路管理局，石家庄 050031；②邢台市邢衡高速公路管理处，邢台 054000）

（①Hebei Province Expressway Management Bureau，Shijiazhuang 050031，China；②Xingtai-Hengshui Expressway Management Office in Xingtai，Xingtai 054000，China）

0 引言

振荡压实是一种振动与搓揉相结合的压实方法，由于其能够很好地解决静压压实、振动压实在桥面铺装压实中存在的问题，因此在桥面铺装作业中得到了广泛应用。但若桥面振荡压实施工时，振荡压路机与桥梁结构发生共振，这无疑会对桥梁结构造成永久性的损伤破坏，从而降低桥梁结构的安全性，因此研究振荡压实对桥梁结构损伤影响具有重要的意义。

1 振荡压实机理及动力学模型

振荡压路机是通过振荡轮内部对称于滚轮中心轴安装的两根偏心轴不断旋转而产生的水平振动激发被压材料颗粒运动，利用土力学交变剪应变的原理进行压实[1,2,3]。

要对桥面振荡压实的动力学过程进行分析必须建立其整个动力学过程的相应数学模型，本文采用Hamilton原理推算结构体系的动力学方程，建立分阶段振荡压路机动力学模型如图1 所示。

2 桥梁自振频率仿真分析

2.1 工程概况

邢衡高速公路老漳河特大桥主桥长150m，跨径组合为（40+70+40）m，桥梁平面位于R=6000m 左偏圆曲线上，单幅桥宽14.012m，主梁采用单箱单室直腹板箱梁，为变截面预应力混凝土连续箱梁。

图1 振荡轮与地面相互作用的动力学模型

2.2 MIDAS 仿真计算

在对老漳河特大桥主桥进行仿真计算时，采用梁格法原理，将其简化为平面杆系结构，采用MIDAS 建立有限元模型[4,5]，全桥共74 个节点，57 个单元，如图2。

振荡参数见表1，计算得出老漳河特大桥主桥固有周期及前八阶振型，部分振型图见图3～图4，计算结果如表2 所示。

2.3 ANSYS 仿真计算

图2 老漳河特大桥主桥模型简图

表1 振荡参数

图3 老漳河特大桥主桥一阶振型图

图4 老漳河特大桥主桥八阶振型图

表2 老漳河特大桥主桥自振频率计算结果

利用ANSYS 对老漳河特大桥主桥进行仿真计算，通过其模态分析功能对主桥的自振频率及周期进行计算分析，得出其前八阶振型及振动频率如表3 所示，部分振型图见图5～图6。

2.4 结果分析

①由MIDAS 和ANSYS 对比分析知，两种软件计算主桥的各阶频率值都十分接近，满足精度要求。

②主桥前8 阶累计振型参与质量比为93.2%，可以看出前8 阶涵盖了主桥的主要振型。因此此范围内各阶频率的大小就能反映外在激励作用下主桥振动反映的强烈程度。如果二者十分接近，就类似于共振，外激励将引起主桥的强烈振动，如果相差甚远，荷载放大效应就十分微弱。

3 结论

综上可知，老漳河特大桥主桥自振频率ω 与振荡压路机频率θ=30hz 相差甚远，所以振荡压路机与桥梁不会产生共振，故振荡压路机在桥面铺装过程中不会对桥梁结构造成永久性损伤。

图5 老漳河大桥主桥一阶振型

图6 老漳河大桥主桥八阶振型

表3 老漳河特大桥主桥自振频率计算结果

[1]王晓磊.振荡压实在大跨径混凝土桥梁铺装中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2011.

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[3]丁勇强.振荡压实技术在沥青路面施工中应用的研究[D].长安大学，2008:04.

[4]马学良.振荡压路机压实动力学及压实过程控制关键技术的研究[D].长安大学，2008.

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