某立交桥动载试验实例研究

汪耀武

(咸宁职业技术学院，湖北咸宁 437100)

某立交桥动载试验实例研究

汪耀武

(咸宁职业技术学院，湖北咸宁 437100)

对某立交桥进行了桥梁动载试验．通过桥梁模态试验和不同工况下的车辆激励试验，测定桥梁结构的自振特性，用以评价桥梁在动荷载作用下的工作性能，预测桥梁运营状况，并为以后同类桥梁检测及试验提供一定经验．试验结果表明该桥在力学性能上满足设计和使用要求．

动载试验；模态试验；车辆激励试验

桥梁结构在移动的车辆、人群、风力和地震等动力荷载作用下会产生振动，但主要是由于车辆荷载以一定的速度在桥上通过而产生的[1]．同时，车辆驶过桥梁时，由于桥面起伏不平或发动机的抖动等原因都会使桥梁振动加剧．桥梁的动载试验是将动荷载作用在桥梁的指定位置，测定桥梁结构自振频率、阻尼比和冲击系数等，它是了解桥梁实际工作状态和承载能力的直接手段．通过动载试验能评定桥梁结构在荷载作用下的实际工作状态，综合分析判断桥梁结构的承载能力和使用条件，从而为该桥的养护维修提供资料和建议．近年来，桥梁动载试验由于工作量较小，费用低，试验时间短，操作方便、快捷而受到青睐．因此，桥梁动载试验迅速发展起来，并得到了广泛应用[2-3]。

1 工程概况

昆明市某立交桥为东三环互通式立交桥，本互通主线桥上部结构采用4 m × 25 m空心板简支梁，桥面净宽16 m，墩台按径向布置，斜交20度，本桥下部结构：桩柱式桥墩，柱桩基础，桥墩桩基嵌入弱风化泥质粉砂岩中均不少于3 m，本桥桥面连续，于0、4号墩台处设置FFSB80型伸缩缝，台帽与梁板间留6 cm间隙，桥台处设四氟板式橡胶支座GJZF4 180 mm × 300 mm × 44 mm，其余设置普通板式橡胶支座GJZ 180 mm × 300 mm × 42 mm，其余桥墩均为矩形墩接盖梁，单排桩基础，全桥桥墩下均置承台．立交桥截面图如图1所示．

图1 立交桥截面图

2 试验布置

2.1 桥梁模态试验

根据立交桥的特点及现场实际情况，本次模态试验选取左幅第1跨空心板梁进行模态试验．试验时在左幅第1跨1/4跨附近设置一只传感器作为基准点，另外在桥梁的四分点位置设置两只传感器，通过移动这两只传感器来分批采集天然脉动信号．对各测点进行传函分析和模态拟合得出该桥的各阶振动频率和阻尼值[4]．测点传感器布

置图如图2所示．

2.2 车辆激励试验

2.2.1 试验荷载及工况

本次车辆激励试验采用1辆载约重30吨的自卸车，车辆尺寸如图3所示．

图2 传感器布设图

图3 加载车型图

根据试验方案，本次车辆激励试验按照表1中的工况进行．

表1 车辆激励试验工况

2.2.2 测点布置

车辆激励试验时动挠度时程响应测点选取在左幅第1跨跨中．

3 试验分析

3.1 桥梁模态试验

3.1.1 时域波形图

脉动测试时，分次采集的各测点速度信号、典型测点时程波形曲线和自功率谱见图4至7．

3.1.2 自振频率和阻尼比

由上述采集的各测点时域波形图，通过传函分析和模态拟合，可以得出桥梁的自振频率和阻尼比，如表2所示．表2中自振频率的理论计算值采用Midas Civil软件进行计算．

图4 2号测点的时程波形曲线

图5 2号测点的自功率谱

图6 5号测点的时程波形曲线

图7 5号测点的自功率谱

表2 桥梁自振特性实测值与理论计算值的比较

从表2可以看出，桥梁自振频率计算值与实测值吻合较好，但实测值大于计算值，说明桥梁的实际刚度较大．

3.2 车辆激励试验

3.2.1 跑车试验结果

1）时程曲线

本次跑车试验采集了一辆载重30吨的自卸车以时速10-40 km / h在桥面上行驶时各测点的位移动态变化量时程曲线[5]，其典型时程曲线如图8和9所示．

图8 10 km / h车速跑车时各测点的时域波形图

图9 40 km / h车速跑车时各测点的时域波形图

表3 不同车速下的位移动态变化量

由时程曲线可以看出，不同测试断面上的动应力测点随时间（移动车辆位置）的变化规律，应力时程曲线较为平缓，在车辆荷载经过应力测试断面时，应力无突变现象．

2）实测位移动态变化量

对所采集的各测点时域波形曲线图进行分析，一辆载重30吨的自卸车以不同车速匀速跑车，在此作用下，各测点的位移动态增量见表3．

从表3可以看出，桥梁在车辆动态荷载作用下引起的位移动态变化量很小，一般为0.02左右，说明桥梁自身的动力特性较好，车辆动荷载对桥梁的动态影响小．

3）实测冲击系数

通过分析得到桥跨结构在不同车速作用下的冲击系数μ，桥梁的实测冲击系数如表4所示．

跑车作用下，实测最大动力放大系数均小于依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）第4.3.2条的计算值[6]，且冲击系数实测值较小，表明桥梁的行车性能较好，桥面较为平整．另外，冲击系数呈现先增大后变小的趋势．

3.2.2 刹车试验结果

1）时域波形图

制动试验采集了一辆载重30吨的自卸车以时速10 km / h、20 km / h在桥面上行驶至跨中处实施紧急刹车时各测点的位移动态变化量时程曲线，各测点时程曲线见图10和图11．

表4 冲击系数测试结果

图10 10 km / h车速刹车制动时各测点的时域波形图

图11 20 km / h车速刹车制动时各测点的时域波形图

从图中可以看出，桥面跨中刹车制动时，曲线发生突变，且随着车速增加突变变大．

2）实测位移动态增量

一辆载重30吨的自卸车以10 km / h、20 km / h的速度行驶到跨中实施急刹车所引起的位移动态变化量如表5所示．

表5 紧急刹车时各测点位移动态变化量

对比表3和表5可以看出，相对跑车，刹车引起的位移动态变化量有所增加．

3.2.3 跳车测试结果

1）时域波形图

跳车试验时采集了一辆载重30吨的自卸车行驶到跨中时跨越高4 cm的跳车板所引起各测点的位移动态变化量时程曲线[7]，20 km / h车速时各测点时程曲线见图12．

图12 20 km/h车速在跨中跳车时各测点的时域波形图

2）实测位移动态增量

一辆载重30吨的自卸车分别以10 km / h和20 km / h的速度匀速行驶到跨中时跨越4 cm高跳车板时所引起的位移动态变化量如表6所示．

表6 跨中截面在跳车作用下位移动态变化量

对比表5和表6可以看出，与刹车相比，跳车引起的位移动态变化量急剧增加．

4 试验结论

1）由模态试验基频和理论计算值对比可以看出，试验桥跨的实测自振频率值均大于计算值，这表明桥跨结构的整体刚度较大，满足设计要求；

2）刹车较跑车时动应变有所增加，跳车较跑车时动应变增加明显，这说明保持桥梁平整通畅对于减小冲击荷载很重要；

3）跑车试验时，实测冲击系数呈现先增大后变小的趋势．冲击系数达到最大值时与车速的关系有待进一步试验；

4）桥梁在车辆动态荷载作用下引起的位移动态变化量均很小，实测最大动力放大系数均小于理论计算值，这说明桥梁自身的动力特性较好，桥面总体较平顺．

[1] 罗娜, 胡大琳, 任少强. 动测法评定钢筋混凝土拱桥承载力初探[J]. 重庆交通学院学报, 2001, 20(3): 23-25.

[2] 申明文, 周海俊. 桥梁静动载试验检测方法[J]. 城市道桥与防洪, 2007, 7(7): 158-160.

[3] 乔咏梅, 吴小军, 刘建磊. 深圳丽水公路组合梁桥的动载试验研究[J]. 铁道建筑, 2009, (3): 76-78.

[4] 宋博琪, 傅红丽, 马秀君, 等. 桥梁的静载与动载试验[J]. 公路, 2002, (9): 26-29.

[5] 王彬. 城市立交桥匝道曲线梁静动载试验[J]. 长安大学学报, 2004, 24(5): 48-54.

[6] 招若愚, 朱文正, 张俊平. 既有拱桥的静动载试验与分析[J]. 城市道桥与防洪, 2005, (6): 158-160.

[7] 曹固恩. 桥梁检测技术综述[J]. 山西建筑, 2008, 34(28): 314-315.

Case Study on Dynamic Load Test of an Overpass

WANG Yaowu
(Xianning Polytechnic College, Xianning, China 437100)

In this paper a dynamic load test on traffic overpass is made in order to measure the self-vibration characteristics of the bridge structures through the bridge modal test and the vehicle stimulate test under diffent working conditions. The purpose of this experiment is to evaluate the work performance of the bridge under dynamic load effect, to predict the bridge operation condition and to provide some experience for the similar bridge detection and test in the future time. The experiment results turns out that the bridge meets the requirements of design and operation in mechanical property.

Dynamic Load Test; Modal Test; Vehicle Stimulate Test

U446.1

A

1674-3563(2015)03-0050-07

10.3875/j.issn.1674-3563.2015.03.007 本文的PDF文件可以从xuebao.wzu.edu.cn获得

(编辑：王一芳)

2014-11-07

汪耀武(1982- )，男，湖北咸宁人，讲师，硕士，研究方向：建筑工程