某钢筋混凝土旧桥动载试验分析

郑彬双 李新宁

(1.东北林业大学土木工程学院,黑龙江 哈尔滨 150040； 2.烟台大学,山东 烟台 264000)



某钢筋混凝土旧桥动载试验分析

郑彬双1李新宁2

(1.东北林业大学土木工程学院,黑龙江 哈尔滨 150040； 2.烟台大学,山东 烟台 264000)

以某钢筋混凝土旧桥为工程背景，通过动力荷载试验，从频率、阻尼比、振型等方面，测试主梁在各级试验荷载作用下结构的动力特性，并将试验结果与理论计算值进行对比，评估了该桥结构的工作性能和承载能力。

钢筋混凝土旧桥，动荷载试验，动力特性，频率，阻尼比

1 动力荷载试验

桥梁动力荷载试验是通过测试动力性因素来对其整体刚度、行车性能进行评判。所采取的现场方法就是借助某一种激振方法激起结构发生振动，然后通过对其固有频率、阻尼比、振型、动力冲击系数、行车响应等参量的测定，从而进一步判定结构的动力特性进行桥梁运营状况和承载能力的评估[1]。现场进行跑车、跳车、脉动等荷载试验是实际工程中经常采用的三种动力荷载测试试验方式。

目前，关于在役桥梁动力特性的研究国内外已经有很多可供参考的文献，如杨勇等[2]通过对某在役多跨PC连续梁桥的荷载试验对其承载力进行了综合评估和鉴定；魏瑞芬[3]针对桥梁荷载试验在旧桥加固中应用,结合某旧简支T梁桥为具体的工程实例为桥梁养护部门在桥梁加固方面提供科学的依据。本文以某钢筋混凝土旧桥为工程背景进行动载试验，科学地评估该桥结构的工作性能和承载能力。

2 工程概况

某钢筋混凝土结构旧桥，桥面为净7 m+2×0.75 m人行道，上部结构形式为5跨钢筋混凝土简支梁桥。该桥全长为83 m，跨径布置为5×16 m，桥梁计算跨径15.5 m。上部结构为工字梁与微弯板组合简支梁桥，横桥向由5片钢筋混凝土工字梁组成，各工字梁中距1.70 m，工字梁梁高0.8 m，工字梁下翼缘宽0.3 m，上翼缘宽0.3 m，腹板厚0.16 m；在横桥向，主梁通过横隔板连接，每孔设置4片横隔梁；工字梁顶搁置微弯板，微弯板拱矢度1/13，净矢高为0.1 m；支座均采用弧形钢支座，每片梁端设置一个钢支座，全桥共计50个；桥面铺装按8 cm考虑，每侧栏杆及人行道构件自重按照5 kN/m考虑，全桥侧立面图见图1。

由于原设计图纸已不复存在，本次检算主要根据现场调查并参考同时代公路桥涵设计标准图(编号JT/GQS001—73)按照《04规范》进行检算，根据该桥现阶段实际交通组成，本次检算荷载采用《04规范》公路—Ⅱ级汽车荷载，现场实测混凝土回弹值为23.7 MPa～26.7 MPa，并结合主梁的混凝土实际标号，可以等换算成《04规范》中的23号混凝土；所以验算过程中，主梁混凝土强度设计值采用新规范的23号混凝土，而梁内主筋钢筋采用Ⅱ级钢筋，相当于新桥规的HRB335。

该桥动载试验选取一辆总重为29.68 t的汽车作为动力施加荷载，用于跑车、跳车试验。动载试验过程中，试验数据采集仪器采用速度拾振器和动态位移挠度仪，为保证测试结果准确性，测试仪器需放置在不同试验梁位。采用DH5937系统作为采集、分析动态应变测试分析系统。

3 试验孔选择和测点布置

根据该桥整体结构特点和主梁裂缝产生情况，选定第3孔为本次试验孔，动载试验控制断面则选择为该桥第3孔的跨中断面。

竖向振动特性：根据现场实际情况，在试验孔跨中断面上游一侧的人行道内缘10 cm位置，布置一个竖向速度计测点；在试验孔跨中断面1号、3号主梁的梁底边缘各布置一个动挠度测点，动挠度试验位置布置情况如图2所示。

4 试验数据分析

4.1 结构自振频率分析

在动荷载跑车试验结束车辆离开桥跨结构时，结构本身也不会马上恢复至原有平衡状态而是保持继续自振，主要原因是由于惯性作用；同样能引发自振的是在进行冲击荷载试验时，可以通过突然施加冲击荷载的方式进而激发构件自由振动[3]。不论采取以上哪种激振方式，结构都会在一段时间内自行恢复到稳定状态回到平衡位置，这是因为由于阻尼作用的存在，使得振动能量随时间的增加而逐渐衰减[4]。

速度传感器可以测量记录在冲击荷载作用下结构自由衰减振动随时间变化的曲线，因而可以在试验孔桥面适当位置布置测点采集试验数据，并进行频谱分析，获得自振频率f0=5.68 Hz，如图3所示。

不考虑桥面铺装作用的影响，通过理论计算得到主梁结构的自振频f0=6.67 Hz，而通过试验点实测数据结果略小于理论值，说明桥跨主梁的整体性较差。

4.2 结构阻尼特性分析

结构的阻尼特性分析是利用桥面上放置的速度拾振器与加速度拾振器测得桥梁结构在跑车荷载作用下自由衰减振动而生成的时间历程曲线，通过对其进行时域分析后，根据实测曲线计算结构的阻尼比为0.037。根据范立础《桥梁结构稳定与振动》，桥梁结构的常见阻尼比一般在0.01～0.10之间，可见本桥的阻尼比介于常见阻尼比之间，说明结构具有较合理的阻尼比。典型跨中截面跳车速度—时程历程曲线见图4。

4.3 结构冲击系数分析

试验汽车荷载分别采用不同车速作用于桥跨结构，取得各车速下测试截面的冲击系数如表1所示，跑车位移—时程曲线如图5所示。而按JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范理论计算的冲击系数为1+μ=1.34，以上结果表明实测冲击系数与理论值相比较大，导致这一现象的主要原因是桥面铺装破损，结构表面不平整所致。

4.4 桥梁结构性能评定

表1 冲击系数1+μ汇总数据表

1)自振频率。

在冲击荷载作用下，不考虑桥面铺装作用的影响，主梁结构实测自振频率f0=5.68 Hz，通过理论计算得到的自振频率f0=6.67 Hz，实际测量数据结果略小于理论值，说明桥跨主梁的整体性较差。

2)阻尼比。

实际观测得到主梁结构的阻尼比为0.037，依据《桥梁结构稳定与振动》阐述，桥梁结构的常见阻尼比一般在0.01～0.10之间，可见本桥结构的阻尼比过小，对减少结构振动会产生不利影响。

3)冲击系数。

通过对比实测冲击系数可知，实际的冲击系数随外界给予桥梁能量的增加而增大且本桥冲击系数较大，其最大值1.36超过理论计算值1.34。这表明在不同车速下有较大振动，导致这一现象的主要原因是桥面铺装破损，结构表面不平整。

5 结语

依据理论分析结果并考虑桥梁整体特点，设计了某钢筋混凝土旧桥的动力荷载试验方案。依据制定的试验方案对该桥进行了动力荷载试验检测，并依据识别的动力参数对三通桥进行了使用状态评价，为类似桥梁的动力荷载试验提供了一定的参考。

[1] 马 超,孙 韦.评述桥梁荷载试验的步骤及要点[J].公路交通科技(应用技术版),2013(7):31-33.

[2] 杨 勇,张俊平,李永河,等.某多跨PC连续梁桥静动载试验分析[J].广州大学学报(自然科学版),2012(1):58-63.

[3] 魏瑞芬.桥梁荷载试验在旧桥加固中的应用研究[J].公路交通科技(应用技术版),2015(8):8-10.

[4] 肖天崟,韩建刚,高洪波.某公路桥梁承载能力荷载试验评定分析[J].山西建筑,2012，38(17):222-224.

[5] 赵 雷.桥梁自振频率测试在桥梁荷载试验中的应用[J].公路交通科技(应用技术版),2013(11):338-339.

[6] 吴 平,张永胜.预应力混凝土箱梁的动荷载试验研究[J].四川建筑科学研究,2015(4):29-31.

[7] 李鹏飞,杨 溢,刘 磊,等.某高速公路工程30 m预制小箱梁静载试验分析[J].公路工程,2014(2):242-245.

[8] 宁 刚,马 福,张少华.预应力混凝土箱型连续梁桥的动荷载试验研究[J].中国科技论文,2015(7):855-859.

Analysis on the dynamic load test of an old reinforced concrete bridge

Zheng Binshuang1Li Xinning2

(1.CollegeofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China; 2.YantaiUniversity,Yantai264000,China)

Taking an old reinforced concrete bridge as the engineering background, to carried out the dynamic loading tests for testing the dynamic characteristics of the main girder structure such as frequency, damping ratio and mode shapes under various test load. Comparing the test results and the theoretical calculation value to assess the performance and carrying capacity of the bridge structure.

reinforced concrete bridge, dynamic load test, dynamic characteristics, frequency, damping ratio

1009-6825(2016)27-0148-02

2016-07-05

郑彬双(1990- )，女，在读硕士； 李新宁(1993- )，男，在读本科生

U441.2

A