贵州乌江三桥成桥动力特性试验研究∗

张力文，曹文婷

（1.重庆市交通工程质量检测有限公司，重庆 400067；2.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）



贵州乌江三桥成桥动力特性试验研究∗

张力文1，曹文婷2

（1.重庆市交通工程质量检测有限公司，重庆 400067；2.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）

摘要：介绍了贵州乌江三桥斜拉桥动力荷载试验方法和过程，并对动载固有频率、控制截面影响线、动应变等参数实测值和计算值进行了对比。结果表明，控制截面测点实测基频与计算值较吻合，实测影响线与计算值规律完全符合，桥梁结构动力性能良好。

关键词：桥梁；斜拉桥；荷载试验；固有频率；影响线；动应变；动力性能

2　测试内容及测点布置

2.1测试内容

桥梁结构动力特性是桥梁结构振动系统的基本特征，包括固有频率、阻尼系数和振型等，只与桥梁结构形式、质量分布、刚度、支承情况等有关，与外载荷无关。动载试验通过大量实测数据信号，揭示桥梁结构振动的内在规律，综合评价结构的动力性能。

该桥主桥动力特性测试主要检测固有频率；主桥测试截面动力响应检测包括动应变、振动加速度、冲击效应，共进行4种车速无障碍跑车，J1、J3、J4截面跳车和脉动等工况试验。试验程序见表1。

表1　主桥动力试验程序

2.2测点布置

主桥动力试验共设置中跨3个测试截面，即遵义侧边跨最大正弯矩截面J1、铜仁侧边跨1/4L截面J3、边跨跨中截面J4（见图2），各测试截面测点布置见图3。

图2　主桥动力试验测试截面布置（单位：m）

3　频率测试

3.1主跨振型计算结果

采用MIDAS/Civil有限元空间模型计算结构动力特性，图4为主跨竖向弯曲理论振型。

图3　J1、J3、J4截面动力试验测点布置

图4　主跨竖向弯曲理论振型

3.2跳车及脉动实测结果

在主跨J1、J3、J4截面采用跳车使结构产生自由振动，用高灵敏加速度计拾取结构自振信号，通过分析计算得到结构的固有频率和阻尼比，并通过对脉动信号的分析处理识别结构的自振频率。图5～7为跳车自振频谱分析结果，图8～10为脉动信号频谱分析结果，主桥动力特性实测结果见表2。从中可看出实测1～5阶频率与计算值较接近，显示出较好的规律性。

4　应变影响线测试

对低速跑车试验（5 km/h左右）的动应变信号进行滤波处理，得到准静态分量，即相应测试部位的应变影响线。图11为J1、J4截面纵肋下缘实测应变影响线及计算弯矩影响线。从中可看出实测应变影响线与计算值较吻合。

图5　实测跳车自振频谱（J1截面）

图6　实测跳车自振频谱（J3截面）

图7　实测跳车自振频谱（J4截面）

图8　实测脉动信号频谱（J1截面）

5　动力响应测试

在桥面无障碍情况下，采用2辆加载车（2#、3#）以桥轴线为对称轴并排匀速通过桥梁，速度为5 ～30 km/h，通过测定振动加速度和动应变，考察不同车速作用下测试部位的动力增大效应。跑车试验结构动力响应检测结果见表3。

图9　实测脉动信号频谱（J3截面）

图10　实测脉动信号频谱（J4截面）

表2　主跨结构动力特性检测结果

图11　影响线实测值与计算值

通过对动应变时间历程曲线的计算，得到测试截面的应变增大系数：

式中：εdmax为最大动应变；εjmax为最大静应变；εp为动应变信号半峰值。

k值反映了移动荷载对结构的冲击效应。图12为测试截面应变增大系数随车速的变化曲线，图13为测试截面振动加速度随车速的变化曲线。从中可以看出：双加载车辆以5～30 km/h的速度匀速通过桥梁时，测试截面的应变增大系数为1.00～1.05，竖向振动加速度为0.19～0.62 m/s2，对大桥结构的冲击较小。

表3　跑车试验动力响应检测结果

图12　测试截面应变增大系数随车速的变化曲线

图13　测试截面竖向振动加速度随车速的变化曲线

6　结语

贵州乌江三桥在动力荷载作用下，实测1～5阶频率与计算值的比值为0.96～1.15，基本吻合；实测J1、J4截面影响线与计算值亦具有较高的吻合度；行车试验的应变增大系数为1.00～1.05，竖向振动加速度为0.19～0.62 m/s2，无障碍行车时汽车对大桥结构的冲击较小。

参考文献：

［1］ 曹少辉，田仲初，赵剑.马岭河大桥成桥荷载试验研究［J］.中外公路，2012，32（5）.

［2］ 钱济章，陈水生，刘喜辉.独塔单面斜拉板桥动力特性分析［J］.中外公路2006，26（3）.

［3］ 张秋陵，肖光宏.奉节长江大桥成桥荷载试验研究［J］.世界桥梁，2009（1）.

［4］ 王凌波，贺拴海，蒋培文，等.大跨径桥梁荷载试验加载方案算法设计［J］.武汉理工大学学报，2011，33（2）.

［5］ 刘旭政，商岸帆，黄平明.斜拉桥荷载试验工况合并研究［J］.中外公路，2011，31（4）.

［6］ 方华兵，李鸥.重庆朝天门长江大桥成桥荷载试验研究［J］.铁道建筑，2015（2）.

［7］ 任东华，唐英.基于可靠度理论的桥梁荷载试验效率的研究［J］.铁道建筑，2013（11）.

［8］ JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程［S］.

［9］ 别思汗.连续箱梁桥成桥荷载试验分析［J］.公路与汽运，2015（3）.

［10］ 李熠，颜东煌，李学文.混凝土斜拉桥合理成桥状态研究［J］.重庆交通大学学报：自然科学版，2008，27（6）.

［11］ 张西强.桁式组合拱桥加固技术研究［D］.重庆：重庆交通大学，2009.

［12］ 周磊，韩振中，赵剑，等.重庆涪陵长江大桥动力特性试验研究［J］.中外公路，2015，35（3）.

［13］ 谢勇，曹少辉.思南乌江三桥成桥动载试验研究［J］.交通世界：建养.机械，2013（11）.

［14］ 杨学军.CFST拱桥承载能力分析及荷载试验研究［D］.西安：长安大学，2013.

桥梁设计技术标准：公路Ⅰ级、城镇郊区行人密集地区公路桥梁人群荷载。桥面宽度：净14 m +2× 3.25 m（人行道）+2×2.7 m（布索区）=25.9 m。

中图分类号：U448.27

文献标志码：A

文章编号：1671-2668（2016）03-0194-04

图1主桥整体布置示意图（单位：m）

收稿日期：2015-05-21