预应力钢筋混凝土连续梁桥动测试验分析

预应力钢筋混凝土连续梁桥动测试验分析

梁力行

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司510500

摘要：本文以一座三跨预应力钢筋混凝土连续梁桥为例，简要介绍了动载试验的实施过程以及桥梁结构动力特性分析评价的方法。

关键词：动载试验;桥梁结构;动力特性

1动载试验实施

桥梁结构动载试验一般分为脉动试验、行车试验和跳车试验。脉动试验是指在不受车辆荷载或其他周期性干扰力作用，而仅受风力、地面等环境因素作用下，桥梁结构在其固有频率附近作微小振动，从而确定结构的固有频率。行车、跳车试验是指在受车辆行驶、冲击作用下，桥梁结构做强迫阻尼振动，从而确定结构的冲击系数和阻尼比。总体来说，动载试验实施过程包括试验前准备、试验数据采集和试验数据分析整理三个步骤。

1．1试验前准备

测试仪器须选择精度高、性能稳定、抗外界干扰能力强的设备。布置测试点时应结合待检测桥梁结构的受力特性，以连续梁桥为例，须选择桥梁整联进行动载试验，在该联中各跨桥面布置动测传感器。

1．2试验数据采集

试验时分布在桥面不同部位的传感器采集桥梁结构的竖向位移及加速度信号，利用带屏蔽的导线或无线传输模式将上述信号输入到数据采集分析系统并存储。脉动试验时应保证有足够的数据采集时间，一般应在三十分钟以上。若数据采集时间过短，则无法真实地反映桥梁结构的自振频率，从而可能造成实测数据与理论计算数据有较大的偏差。

1．3试验数据分析

在数据采集完毕后，利用分析软件将存储的信号进行处理，对实测设有数据信号进行分析，从而得到桥梁实体结构的固有频率、动力冲击系数、振型和阻尼比等参数。一般地，动载试验数据分析包括时域分析和频域分析。时域分析是直接对时程曲线进行分析，可以得出振幅、振型、阻尼比及冲击系数等参数。频域分析是把时域信号通过傅里叶变换为频域信号，反应信号的频率成分和频域分布特性。得出上述参数后，根据相关规范来综合评价桥梁的动力性能。

2桥梁结构动力特性评价

在实际分析评价时，通常以频率、冲击系数、振型和阻尼比作为评定指标对桥梁结构的动力特性进行评价。

2．1频率

通过比较桥梁结构频率的实测值和理论值的大小来评价桥梁结构动力特性。一般定性地认为:若实测频率大于理论频率，说明桥梁结构的实际刚度较大，反之则说明桥梁结构的实际刚度偏小，桥梁可能存在局部开裂或其他病害。对于理论频率可以通过对该桥试验跨进行有限元分析计算得出。尽管结构振动频率与结构刚度成正比，但是桥梁结构的技术状况还与桥梁的外观破损程度、实际承载能力等因素有关，对于评价桥梁结构的动力特性具有重要参考意义。

2．2冲击系数

冲击系数间接地反应了桥梁的动力性能，实测冲击系数大则说明桥梁的动力性能较差。实测冲击系数的大小与桥面平整度、车辆的行驶速度有关。桥面平整度差会导致汽车颠簸，从而使得桥梁的实测冲击系数变大。此外，实测冲击系数会随着车辆行驶速度的增加而增大，当车速增加到一定速度时，实测冲击系数会达到最大，当车速超过此速度后，实测冲击系数会有所减小。具体计算时应依据桥梁设计时所采用的规范来确定。通过比较冲击系数的实测值和理论计算值的大小来评价桥梁结构的动力性能。一般地，冲击系数实测值应与理论计算值基本一致，才能反映出该桥行车性能良好。

2．3阻尼比

阻尼比的大小反应了桥梁结构耗散外部能量输入的能力。阻尼比越大，桥梁结构耗散外部能量输入的能力越强，振动衰减的越快。通常桥梁结构的阻尼比在0.01~0.08之间，阻尼比越大，说明桥梁结构耗散外部的能量输出的能力较强，振动衰减的速度较快，过大的阻尼比可能是由于桥梁结构存在较严重的病害所造成的，如桥梁结构可能存在开裂或支座工作状态异常等。

3实例分析

以国内某三跨预应力钢筋混凝土连续梁桥为例，起点桩号为K0+114.47，终点桩号K0+535.53，中心桩号为K0+325，平面位于直线上，全桥桥跨布置为（2×30）m+（80+135+80）m+（2×30）m，桥梁总长421.06m(含耳墙长度)。路线起点连接21号公路，西岸引桥跨径组合为（2×30）m；路线终点连接110号公路，东岸引桥跨径组合为（2×30）m。主桥跨径组合为（80+135+80）m，上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用板式实心墩，群桩基础，主墩和过渡墩基础分别为D200cm钻孔桩和D120cm钻孔桩；引桥上部结构采用简支预制小箱梁，下部结构双柱墩，群桩基础，桥台为座板台，基础采用D120cm钻孔桩。

动载试验结论

（1）由脉动试验结果可知：该桥试验跨实测自振基频为1.033Hz，高于理论计算值0.779Hz，表明所测结构实际刚度略大于设计刚度。

（2）该桥在跳车试验的外部荷载激发下，跳车试验测试得到的该桥各桥跨竖向振动基频为1.025Hz，上述试验结果与脉动试验的结果相近。

（3）该桥在刹车的外部荷载激发下，刹车试验测试得到的该桥试验桥跨竖向振动基频为1.025Hz，试验结果与脉动试验的结果一致。

（4）试验车以时速20、30、40通过该桥试验跨时，所测冲击系数分别为1.039、1.043、1.044，均小于规范计算值（1+μ=1.05）。

（5）在跳车、刹车及跑车作用下桥梁结构反应平稳，无异常现象发生，结构的动力性能良好。

4结束语

综上可知该桥的实测固有频率大于理论固有频率，各种车速下的实测冲击系数均小于规范值，实测阻尼比在正常范围内，因此综合评定该桥的动力特性较好。动载试验是解决桥梁结构振动问题的重要手段之一。动载试验可以测定出桥梁结构的固有频率、冲击系数和阻尼比等动力特性参数。通过将以上参数的实测值与理论值或经验值相比较从而可以评价桥梁结构的动力特性。

参考文献

［1］邵旭东．桥梁工程［M］．人民交通出版社，2004．

［2］JTJ021－89，公路桥涵设计通用规范［S］