・工程结构・
简支梁桥动载试验研究
伍 星,蒲黔辉
(西南交通大学结构工程试验中心,四川成都610031)
【摘 要】 桥梁的动力性能是评价桥梁运营状况和承载能力的重要指标之一。现以四川资阳九曲河桥
为例,介绍了预应力混凝土空心板简支梁桥动载试验的方案设计、测试及分析方法,为以后同类桥梁检测及试验提供一定经验。 【关键词】 检测; 试验; 动力响应; 简支梁 【中图分类号】 U411+12 【文献标识码】 B
九曲河桥位于四川省资阳市外环路K2+4处,为2孔
20m预应力混凝土空心板简支梁桥。桥梁全长4615m,桥面宽24m,分为:主车道—16m+人行道—2×4m。桥梁设
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计荷载:汽—20,挂—100,人群荷载315kN/m。
21311 自振特性测试
1 试验目的
验证设计理论、计算方法及桥跨结构设计的合理性;评
价桥跨结构在动荷载作用下的工作性能;判别桥跨结构是否处于安全振动工作状态;预测桥梁运营状况,为桥梁管理提供技术依据。
2 试验方案的设计
211 试验内容
桥梁结构的动态性能测定一般可分为结构自振特性和结构在动力荷载作用下的受迫振动响应。桥梁自振特性主要指标为桥梁竖向固有振动频率、振型和临界阻尼比;受迫振动主要指标为动应变、动位移、行车冲击系数、跳车冲击系数以及车辆制动作用下的动应变时程。
对于该桥而言,主要测试桥梁竖向振动频率、临界阻尼比以及其在速度为10～70km/h的行车作用下的冲击系数和在速度为5～30km/h、障碍物高度为715cm的跳车作用下的冲击系数。212 试验荷载
激振试验荷载采用1辆匀速行驶的载重汽车实现。213 测试方法
自振特性测试可采用脉动法或重车激振余振法进行测
定。脉动法主要是利用风及地面微小振动引起桥跨结构的振动,采用高灵敏度加速度传感器拾取振动信号并用放大器输出,以此确定结构的自振特性。
重车激振余振法主要是为了增大振动信号的强度、确保数据的准确性,采用重车以缓慢速度过桥,用加速度传感器记录桥梁的余振信号。
由于本桥跨度较小,桥梁刚度较大,环境的振动对桥梁影响十分微小,采用脉动法难以准确测定结构的自振特性,故桥跨结构自振特性采用重车余振法测定。21312 受迫振动测试
受迫振动的测试方法为在测试位置事先粘贴应变片,并将其与动态应变仪相连接,动态应变仪再与采集分析仪连接,采集自车辆驶入桥梁至驶出桥时间段的振动信号,并进行分析处理,得出桥跨结构的行车及跳车冲击系数。受迫振动测试流程如图1。
图1 受迫振动测试流程
214 测点布置
桥梁动力特性测试截面为跨中截面,将2个加速度传感
器分别放置于该截面上下游位置测试桥梁自振特性;在测试截面处选取跨中3片简支梁布置纵向应变测点,共用6个应变测点测试其受迫振动特性,测点布置见图2。
图2 测点布置示意图
3 试验测试结果
311 自振特性
其中阻尼比利用功率谱估算:
(下转第104页)
[收稿日期]2005-11-29
[作者简介]伍星(1977～),男,硕士研究生。
自振特性的测试采用环境激厉法,其实测频谱图见图3,
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四川建筑 第26卷4期 200618
・工程结构・
徐变系数计算和实测曲线比较表明,二者符合较好。
(2)采用本文方法对某完全连接的两跨钢-混凝土组合连续梁桥在长期使用荷载作用下的徐变规律进行了研究,给出了边跨跨中截面挠度增量与时间的关系曲线,以及在不同的持荷时间下,截面顶板和底板中心点的应变和变形沿轴向的分布曲线,由于此法可以考虑各种加载条件和几何条件下钢-混凝土结构徐变的影响规律,因而可以方便有效地应用于工程实践。
(3)对本文组合梁算例的三维有限元分析结果表明:混凝土徐变发展延续时间较长,基本上到了800d时徐变曲线才趋于平缓;连续梁的挠度随时间的持续增加较大;顶面混凝土板的轴向应变随时间的持续增加较大,而底面钢材的工字梁的轴向应变增加不是很明显,因此,要特别注意负弯矩截面处顶面混凝土板由于徐变的原因而发生过大的应变和变形,加上路面的不平整,在汽车荷载的反复冲击作用下很容易导致开裂。
参考文献
[1] 聂建国.钢-混凝土组合梁长期变形的计算与分析[J].建筑
0177cm,挠度增量随持荷时间的发展增加是比较明显的;从
图7可以看出,t=30d时边跨跨中截面处顶面中心点A处
ε,中间支座截面处顶面中心点A为压应变,其值为-7311με处为拉应变,其值为13710μ,而t=1000d时,其值分别为
ε和36910με,可见顶面混凝土的应变增量随持荷时-208μ
间的发展,增加是比较明显的;从图8可以看出,t=30d时边
ε,跨跨中截面处底面中心点B处为拉应变,其值为18610μ
中间支座截面处底面中心点B处为压应变,其值为-30610με,而t=1000d时,其值分别为-229με和38410με,可见“工”字梁底面钢材的应变增量不是很大。
(1)混凝土徐变发展延续的时间较长,基本上加载到了800d时徐变曲线才趋于平缓。
(2)随着加载时间的持续,连续梁的挠度增加较大,边跨跨中截面附近最大,当加载时间为1000d时,由于混凝土徐变而产生的附加变形是初始瞬时弹性变形的11倍。
(3)连续梁顶面混凝土板的轴向应变随时间的持续增加较大,而“工”字梁底面钢材的轴向应变增加不是很明显,所以,要特别注意在负弯矩截面处的顶面混凝土板由于徐变的原因而发生过大的应变和变形,甚至导致短期内开裂。
4 结束语
基于本文的研究结果可以得出以下结论。
(1)本文根据粘弹性理论,采用三参数线性粘弹性模型,构造了混凝土徐变的三维有限元模型,在试验研究的基础上,拟合了模型中的3个参数,对2根试验梁加载555d的
(上接第101页) Dn=(f′n2-f′n1)fn
结构,1997(1):42-45.
[2] JTJ023-85公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[3] 徐兴.虚拟层合单元法及其在桥梁工程中的应用[J].土木工
程学报,1998,31(3).
实测桥跨结构竖向频率F1=61104Hz,桥跨结构估算竖向频率Fd=9016L-01923(标准差:σf=±0161Hz),其中L为上部跨径。由此得出Fd=51705Hz,评定标度F1/Fd=1107,处于110～111范围,说明结构处于较好状态。实测竖向阻尼比D1=01005<015,说明桥梁结构处于良好状态。从实测结果可以看出,桥跨竖向频率及阻尼在正常范围内,桥跨结构具有足够的刚度。312 简支梁结构激振试验
不同车速下简支梁截面的行车、跳车应变冲击系数见表1,跳车障碍物横断面为三角形(高715cm,底宽30cm的楔形木板),分析结果见图3。
表1 简支梁跨中截面下缘行车、跳车应变冲击系数行 车车速(km/h)冲击系数
101138201121301111401132501108601104701106跳 车车速(km/h)冲击系数
511561011791511762011251146301136桥实测行车冲击系数与计算冲击系数接近。
(2)跨中截面行车冲击系数第一峰值为1138(对应车速10km/h),第二峰值为1132(对应车速40km/h)。
(3)跳车对简支梁的冲击效应较大,实测最大跳车冲击系数为11。
4 试验结论
(1)实测桥跨结构竖向频率F1=
图3 跨中截面下缘行车应变冲击系数曲线61104Hz,桥跨结构估算竖向频率Fd=51705Hz,评定标度F1/Fd=1107,处于110～111范围,说明结构处于较好状态。实测竖向阻尼比D1=01005<015,说明桥梁结构处于良好状态。桥跨结构的频率、阻尼均属正常范围,桥跨结构具有足够的刚度。
(2)简支梁在行车激振下的应力增大效应较大,跳车激振下应力增大效应较大。实测简支梁最大行车冲击系数为1138(对应车速10km/h),其余在1104～1132范围内。根据规范计算得行车冲击系数为1119。由于规范中采用荷载为组合荷载,而实测时采用单车荷载,实测行车冲击系数应比计算行车冲击系数略大。考虑此因素,此桥实测行车冲击系数与计算冲击系数接近。实测简支梁最大跳车冲击系数为11(对应车速20km/h)。
(3)综合分析认为桥跨结构动力性能基本满足规程要求。
从试验结果可以看出:
(1)行车对简支梁的冲击效应较大,实测最大行车冲击系数为1138,根据规范计算得行车冲击系数为1119。由于规范中采用荷载为组合荷载,而实测时采用单车荷载,实测行车冲击系数应比计算行车冲击系数略大。考虑此因素,此
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