某独塔双索面预应力混凝土斜拉桥动力特性测试及舒适度研究.pdf
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1、作者简介陈怡刚()男高级工程师主要研究方向:路桥施工某独塔双索面预应力混凝土斜拉桥动力特性测试及舒适度研究陈怡刚 骆 俊(江西省交通工程集团有限公司 南昌)摘 要:以某独塔双索面预应力混凝土斜拉桥为对象研究其动力特性及舒适度 首先利用试验车辆对桥梁结构施以动力荷载进行强迫振动试验获得结构振动的振幅、动应变、动挠度及冲击系数再结合脉动试验用子空间法识别桥梁振动的频率、阻尼比最后基于 指标 值及 指标进一步研究该梁桥的动力舒适度测试与研究结果表明:测试荷载作用下该桥动应变值很小在 /范围内试验桥跨各试验工况下的实测冲击系数都稍大于设计规范建议值.实测冲击系数值在.范围内说明试验桥跨行车性能良好、桥
2、面平顺度基本满足设计的行车性能要求结构实测振动频率值与设计理论值的比值范围在.之间实测阻尼比范围在.之间表明主桥结构实际刚度达到了理论预期水平狄克曼指标 值及斯佩林指标 均较小表明主桥在一般行车条件下的动力舒适性能较好关键词:独塔双索面斜拉桥冲击系数舒适度 (.):./.:青海交通科技 第 期 引言混凝土桥梁结构的力学性能与材料的弹性模量、混凝土收缩徐变、温度变化等随机性因素有关随机因素的作用通常使得新建桥梁的运营性能与预期设计效果存在差异 准确分析评定新建桥梁结构的工作状态和受力性能可以为桥梁竣工验收、运营监控、养护、加固维修等提供依据 值得注意的是不同桥型桥梁结构由于舒适度评价的对象不同其
3、舒适度评价的方法也存在一定差异 对于以车辆活载为主要荷载的桥梁结构舒适性评价以行车舒适性评价为主导 当车辆荷载以一定速度通过桥梁时会引起结构振动从而造成结构的内力和变形比相同静力荷载作用时要大 这种动力反应是桥梁结构和车辆这两个振动系统相互作用的结果它除与这两个系统自身的动力特性有关外还与桥面平整度及车辆运行状况等因素有关为了准确判定动载作用下结构的工作性能发现可能存在的结构病害 本文以某独塔双索面预应力混凝土斜拉桥为背景通过开展一系列的荷载试验综合分析该桥的基本动力特性并以此为基础进行舒适度评价研究成果可为类似工程提供参考 工程概况某独塔双索面预应力混凝土斜拉桥结构主桥跨径布置为 主桥长 桥
4、面宽 主桥索塔采用曲线型纵、横桥向的顺、倒 字组合型纵横向为对称结构由上塔柱(包括上、中塔柱连接段)、中塔柱(包括中、下塔柱连接段)、下横梁、下塔柱等组成主塔主要采用 混凝土引桥采用双幅式组合结构单幅主梁采用单箱单室斜腹板箱形梁引桥主体结构混凝土为 道路等级为城市主干道级双向 车道设计荷载为城市 级 荷载试验方案.试验测点布置为便于新建桥梁的验收及在役桥梁的健康状态评定我国制定了桥梁荷载试验的相关规程 参考规范相关规定确定该桥强迫振动试验及主桥脉动试验的测点布置如下:()强迫振动试验(跑车、刹车)测点布置:在主桥下游侧桥面边跨跨中、中跨 等分点各布置 个竖向拾振器在中跨 截面下游布置 个动挠度
5、测点在中跨 截面下游纵梁下缘布置 个动应变测点如图 所示()主桥脉动测点布置:在主梁中跨 分点、边跨跨中下游各布置 个竖向拾振器如图 所示图 主桥强迫振动试验测点布置示意图 第 期青海交通科技图 主桥脉动试验测点布置示意图.强迫试验及脉动试验工况在风荷载和车辆荷载等随机荷载作用下桥梁结构会随之发生振动其动力响应凝聚了结构的各种参数信息桥梁结构的各阶频率及相应的阻尼比可基于脉动试验采集到的桥梁动力响应数据利用随机子空间理论分析求解得到桥梁结构各阶频率及相应的模态阻尼比 强迫振动试验是采集在动力荷载作用下桥梁的动力响应然后通过分析测得的动力响应数据获得桥梁的相应动力参数 该桥动载试验包括跑车试验、
6、刹车试验和脉动试验 种工况()跑车试验在桥面无任何障碍的情况下采用 辆载重汽车分别以/、/、/、/、/匀速并排通过桥梁测定试验桥跨结构在跑车车辆荷载作用下的动力响应()刹车试验分别采用 辆载重汽车以/在试验桥跨的/截面处立即刹车测定试验桥跨结构在刹车车辆荷载作用下的动力响应()脉动试验测量桥梁结构固有振动(自振频率、振型、阻尼比)试验结果分析.振动响应分析跑车及刹车试验各工况下主桥中跨.截面(截面)处的实测动挠度峰值、中跨.截面(截面)处的动应变峰值及中跨/截面处的振动幅值如表 所示表 各试验工况下的实测振动幅值试验工况实测动挠度峰值/实测动应变峰值/实测振动幅值/中跨.截面(截面)中跨.截面
7、(截面)中跨/截面/跑车./跑车./跑车./跑车./跑车./刹车.由表 可知在跑车试验过程中车速与主桥中跨/截面处的振动幅值整体上呈现正相关关系青海交通科技 第 期随着车速增大主桥中跨/截面处的振动幅值总体呈增大趋势相同时速下刹车试验时振动幅值比跑车试验时大.冲击系数分析当车辆以一定速度通过桥跨或以一定的速度越障时将引起桥梁的振动从而使桥梁结构在静应力的基础上承受较大的动应力及动挠度 这种动荷载对应力和挠度增大的影响通常采用冲击系数来衡量 冲击系数的大小综合反映了桥跨结构的动力性能、桥面平整度及运行车辆的动力特性、车速等因素的影响 因此冲击系数往往成为确定车辆载荷对桥梁动力作用的重要参数动载试
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