大跨径混凝土斜拉桥动力荷载试验与评价

2019-10-12单积明

安阳工学院学报 2019年4期

罗恒，单积明

（北京市建设工程质量第三检测所有限责任公司，北京100037）

1 工程概况

某桥为一座跨江双塔双索面大跨径混凝土斜拉桥，跨径布置为149＋330＋149m，采用塔梁分离式悬浮体系，桥面净宽18m（净15m＋2×1.5m人行道）。立面布置示意见图1。该桥荷载标准为汽车-超20级，挂车-120；人群：3.5kN/m2；4）桥面宽度：1.5m人行道+0.25m路缘带+2×3.5m车行道+0.5m双黄线+2×3.5m车行道+0.25m路缘带+1.5m人行道=18m；地震烈度为Ⅵ度。

图1 桥梁立面示意图（单位：cm）

主梁采用预应力砼双纵梁肋板式断面，梁高2.3m，板厚25cm，每6m设一道厚25cm横隔板。索塔塔柱为倒“Y”型，箱形断面，塔柱高115m。斜拉索采用双索面扇形布置，边跨和中跨各设26对，塔中设一对，全桥共106对、212根。边跨外边4对为索距0.7m密索，其余索距为6m。

2 试验目的

通过测定桥跨结构的自振特性与试验荷载下的动应变，以评定结构的实际动力性能，并检验桥跨结构的行车冲击系数等指标是否符合规范要求[1]。

3 测试断面与测点布置

3.1 脉动试验测点

1）主梁测点：选择各跨支点截面、边跨2等分截面、次边跨4等分截面和中跨8等分截面作为测试截面。在每一个截面的上游布设竖向拾振器；次边跨跨中、中跨1/8L、4/8L截面、7/8L截面在中央分隔带处布设横桥向水平拾振器；在主塔附近主梁截面上游附近布设横桥向水平拾振器；在梁端中央分隔带处布设横桥向、顺桥向水平拾振器；在中跨跨中上下游布设横桥向水平拾振器、竖向拾振器[1-5]。

2）主塔测点：在主塔横梁上、下游及主塔塔底，布设顺桥向水平拾振器和竖向拾振器。

3.2 无障碍行车试验

动应变测点布设在测试边跨跨中截面和中跨跨中截面，布置在上下游侧的纵梁底面上，每个截面每侧布设2个测点。测点布置示意图见图2所示。

4 动力荷载试验测试结果

4.1 桥跨结构动力特性分析

实测竖向各阶频率均大于计算频率，说明结构竖向动刚度指标良好，实测各阶阻尼比在正常范围之内。详细测试结果见表1。模态分析测点及部分阶次振型见图3～11所示[1-5]。

图2 测点布置示意图

表1 桥跨结构自振特性参数测试结果

图3 模态分析瀑布图

图4 一阶竖向弯曲实测振型图

图5 一阶竖向弯曲理论振型图

图6 二阶竖向弯曲实测振型图

图7 二阶竖向弯曲理论振型图

图8 三阶竖向弯曲实测振型图

图9 三阶竖向弯曲理论振型图

图10 四阶竖向弯曲实测振型图

图11 四阶竖向弯曲理论振型图

4.2 行车试验动力响应分析

跑车工况根据跑车时速为10km/h、20km/h、30km/h、40km/h、50km/h共5个工况，刹车为车速30km/h，跑车试验结构动力响应检测结果见表2～3所示，典型工况测试信号见图12～图15所示。

表2 跑车、刹车试验动力响应检测结果

表3 跑车试验各动应变测点应变增大系数k值表

图12 10km/h跑车测试J2截面实测动力响应

图13 40km/h跑车测试J2截面实测动力响应

图14 30.0km/h车速J1截面刹车试验实测动力响应

图15 30.0km/h车速J2截面刹车试验实测动力响应

由表2数据可以看出跑车试验实测的动力响应与车辆行驶速度之间无明显规律。车速在40km/h时，J1、J2截面各测点测得的动应力值较大；车速在40 km/h时，J1、J2截面各测点测得的竖向加速度较大。刹车试验过程中，随着车速的增加，J1、J2截面测得的竖向加速度增大；但截面各测点动应力变化不大。由表3数据可见实测的J1、J2截面动应力增大系数K值(即1+μ)趋近1，小于规范限值，这表明结构在设计荷载作用下的动力响应较好。