1、简支转连续箱梁桥的动力性能分析评价摘要：以嘉陵江某桥为例，采用 MIDAS/CIVIL 软件建立三维实体有限元模型对此简支转连续箱梁桥进行动载试验模拟。数值模拟得到的频率及不同车速跑车情况下的动挠度曲线与试验结果吻合。模拟计算可得到冲击系数随车速的变化以及动应变等更多信息，通过实测值和理论计算值的比较，为采用动载试验数据进行桥梁评估提供了更多途径。 关键词：连续刚构桥；动载试验；有限元模型；冲击系数；动挠度 中图分类号：TU24 文献标识码：A 简支转连续箱梁桥的施工顺序为预制好的主梁安装到位，形成简支梁状态。进而在墩顶两侧一定范围内现浇混凝土，并且在主梁上部布设预应力短束来实现连续。该种桥型
2、施工简单可行，施工工期短，具有施工材料和设备投入小的特点。但，人们对该种桥型的认识远远不如单一的简支梁和连续梁那么深刻。因此，通过现场检测获取第一手实验数据是十分必要的。再者，该类桥梁在施工过程中和运营期间，也出现了一些病害，通过现场检测，探明出现病害的该类桥梁的承载能力同样十分必要。 1 工程概况 某嘉陵江大桥位于武胜县境内，是典型的简支转连续桥型。主桥为90+2170+90 m 四跨一联的预应力混凝土连续刚构桥，桥长 520m。连续刚构采用单箱单室，三向预应力，箱宽 6.35m，翼板悬臂 2.5m，全宽11.35m。两端副桥为简支 T 梁。全桥共设 8 道横隔板。另中跨 24 号截面设置加
3、劲横隔板，增加箱梁整体受力性能。此处只研究此桥的简支梁。 。桥面铺装 C55 混凝土，设计荷载为公路I 级。 2 动力特性 2.1 建立有限元模型 为了能够更好地模拟结构的质量和 刚度，利用商用软件 MIDAS/CIVIL 建立 三维实体单元有限元模型，模型采用空 间实体单元模拟 T 梁结构。三维实体有 限元模型如图 1 所示。 图 1 三维实体有限元模型 2.2 有限元计算 本文基于 MIDAS 软件，采用子空间迭代法对 某嘉陵江大桥进行模态分析，得出该桥的前 5 阶 固有频率对应的 5 阶振型。桥跨结构理论计算振 型图如图 2图 6 所示。 图 2 T 梁一阶振型图 图 3T 梁二阶振型图
4、图 4 T 梁三阶振型图 图 5 T 梁五阶振型图 图 6 T 梁五阶振型图 3 动力性能分析 3.1 结构频率和阻尼比 利用所建立的有限元模型模态分析和对桥跨结构的脉动测试，获得结构的前 5 阶自振频率实测值和理论计算值如表 1 所示。 表 1 前 5 阶自振频率实测值和理论值表 通过实测结果和计算结果的对比可知： （1）该桥结构自振频率（周期）实测值与理论值吻合良好，变化规律基本一致。 （2）该桥结构自振频率（周期）实测值均较计算值大，符合设计要求。 （3）实测阻尼比最大值为 3.64%，说明该桥具有一定消耗外界能量的能力。 （4）桥跨结构阻尼比的实测值在 2.15%3.64%之间。根据地
5、震工程学 （胡聿贤著）的推荐数值，在小振幅振动时，结构物的阻尼比一般在 0.1 以下；根据地震工程导论 （李杰，李国强编著）的推荐数值，对于钢筋混凝土桥，阻尼比经验值的平均值为 0.032 左右。对表 1 中的数据分析可以得出，该桥的阻尼比小于 0.1，也基本在 0.032 左右波动，因此该桥的阻尼比处于正常范围之内。 3.2 动挠度和冲击系数 此桥调用两辆汽车进行动载试验，分别进行了单车20km/h、30km/h、40km/h 的匀速跑车试验、20km/h 障碍行车试验和30km/h 制动试验，记录了桥梁跨中截面处的振动反应。部分有关记录与分析图见图 7图 12 所示。 图 7 T 梁竖向脉
6、动时程曲线图图 8 T 梁横向功脉动时程曲线图 图 9 T 梁 20km/h 跑车动位移曲线图 10 T 梁 40km/h 跑车动位移曲线 图 11 20km/h 跳车动应变移曲线图 12 40km/h 跑车动应变移曲线 表 2 典型工况下结构动挠度、冲击系数 由表 2 分析可知： （1）以 40kM/h 匀速运行的单车和车列（2 辆）使桥跨产生竖向振动，测点瞬时最大振幅达到 2.54mm，最大动应变-26； （2）以 20kM/h 匀速运行的单车跳车时，测试部位产生剧烈的竖向振动，测点瞬时最大振幅达到 3.11mm，最大动应变-33。 （3）桥梁结构冲击系数比较低，最大值为 1.158。 4
7、 结论 （1）通过软件 MIDAS/CIVIL 建立简支转连续桥梁三维实体单元有限元分析计算模型，结构自振频率（周期）实测值与理论计算值吻合较好，表明该软件能够比较精确、真实地模拟 T 梁的动力特性。 （2）桥梁结构频率的实测值比理论值大，表明该种桥型的整体刚度较好，有较强的抗冲击性能，即结构动力特性能够满足设计要求。 （3）该桥最大实测阻尼比为 3.64%，既在正常适用范围内，又具有一定消耗外界能量的能力。表明，简支转连续箱梁桥型在动力性能方面具有较好的适用性。 （4）该桥的结构冲击系数较低，说明该结构行车性能比较好，充分反映了桥面的平整度良好。 参考文献 1 崔爱民. 银滩黄河大桥静动载试
8、验研究J.桥梁建设，2002(5)：23-25. 2 朱先祥. 荷载试验在桥梁检测中的应用J.公路交通科技，2008， （30）： 77-79. 3 刘自明,王邦楣. 桥梁工程检测手册M. 北京:人民交通出版社，2002. 4 林镇洪. 海南西环线既有桥梁动载试验研究 J，铁道科学与工程学报，2010.6：37-43. 5 刘炳涛,史青芬. 兰青线 K146 简支 T 梁动载试验检测研究J. 山东交通学院学报，2010.9：42-47. 6 田志勇,唐茂林,浦黔辉.宁波庆丰桥静、动载试验研究J.桥梁建设，2012，42(5)：31-36. 7 史剑发. 简支转连续多片箱梁桥静动载试验研究：吉林大学硕士学位论文,吉林:吉林大学土木工程学院,2011. 8 邓玮玮. 桥梁动载试验自振特性测试与冲击荷载测试的研究：合肥工业大学硕士学位论文,合肥: 合肥工业大学土木工程学院，2007. 李轩花，硕士研究生，河南商丘人，兰州交通大学土木工程学院，研究方向：桥梁与隧道工程，
