圆架河大桥动载试验分析

曹文婷

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司，贵州 贵阳 550000)

1 桥梁概况

圆架河大桥桥跨布置：全桥共五联5×25 m+5×25 m+(55+90+55)m+4×30 m+(24+4×25)m；第三联主桥(55+90+55)m采用预应力混凝土连续箱梁，其余上部结构采用预应力混凝土(后张)小箱梁，先简支后连续；下部结构采用柱式墩，墩台采用桩基础。平面位于R=4 100 m的右偏圆曲线上，桥面横坡为双向2%，纵断面位于R=5 000 m的竖曲线上；墩台径向布置。采用四车道一级公路标准建设，设计速度80 km/h，桥宽38.5 m，公路-I级。为评定该桥是否满足荷载承载能力要求，需对其进行动静荷载试验。

2 动载试验

通过测定桥梁试验跨在试验动荷载作用下桥跨结构的动力响应，了解结构动力特性以及控制截面在试验荷载下的动力性能，评定桥梁的动力性能。

2.1 试验内容及测点布置

试验内容：桥跨结构自振特性测定；全桥J1、J3截面行车动力响应测定。

测点布置：通过建立Midas civil有限元模型分析受力情况，确定荷载试验控制截面，边跨最大拉应力为J1截面，由模型得知J1截面距离10#墩18.5 m；中跨跨中最大正弯矩为J3截面，由模型得知J3截面距离10#墩100 m。

2.2 试验过程

采集桥跨结构自由振动状态下代表性部位振动加速度、特征截面动应变时域信号，通过频谱分析等方法得到桥跨结构自振特性参数。

自振特性测定试验采用的激励方式：(1)脉动试验：在桥面无任何交通荷载的情况下，利用环境随机激励，进行长时间脉动响应信号采集；(2)行车余振激励：加载车辆以不同的速度通过桥梁，采集车辆出桥后桥跨结构的自由振动信号；(3)刹车余振激励；(4)模态测试。

2.3 试验结果

(1)结构自振特性理论计算结果

采用有限元模型计算桥跨结构自振特性，其结果见图1。

图1 一阶竖向计算振型(f1=1.329 Hz)

(2)结构自振特性试验结果

通过脉动、行车余振桥梁振动，拾取结构自振信号，并分析计算得到结构的自振频率。

表1 自振特性试验结果汇总表

试验桥跨结构实测竖向一阶频率均值为1.500 Hz。根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/TJ21-2011)中第5.9条的相关规定，实测自振频率fmi与理论自振频率fdi的比值为1.129，因此确定该桥自振频率评定标度均为1。

(3)行车动力响应检测结果

实测动应变和应变增大系数见表2所示。

应变增大系数随车速的变化曲线见图2。

表2 动应变测试分析结果

(4)模态试验结果

竖向振型拟选取边跨在6等分点处布置测点，主跨在8等分点处布置测点， 参考点选在主跨的3/8跨处，即为共15个测试截面，每个测试截面只在中央侧布置测点，共计15个测点。用1台仪器同时测量(参考点位置仪器不动)，其余5台仪器可移动测量，分3批次进行采集。

图2 实测应变增大系数随车速的变化曲线

模态测试实测振型图与理论振型图见图3～图5，测试结果见表3。

图3 模态测试1阶振型图(f1=1.514 Hz)

图4 模态测试2阶振型图(f2=2.813 Hz)

图5 模态测试3阶振型图(f3=3.516 Hz)

表3 竖向模态测试结果

3 结 语

实测该桥一阶竖向频率为1.514 Hz，大于相应的理论计算值1.329 Hz，实测应变增大系数在1.021～1.191之间。该桥动力特性和动力响应正常。通过模态测试，可见本次动载试验J1截面、J3截面与Midas civil有限元模型分析所选J1截面、J3截面一致，自振频率与Midas civil有限元模型分析基本一致。