1、一座市政跨线旧桥的动载试验检测评估摘要 本文主要对市政道路的旧桥进行动载试验测试，即采用强迫激振方法激起桥梁结构振动并测定其固有频率、阻尼比、振型动力冲击系数等，对旧桥整体刚度、行车性能进行评估。文中以一个工程实例为案例，分别建立平面模型、空间模型进行计算，分析得出在试验所在截面处固有频率、阻尼比、振型动力冲击系数等，结合试验所得数据，对旧桥整体刚度、行车性能进行评估，并为日后旧桥加固维护提供理论依据。 关键词旧桥、荷载试验、理论计算、旧桥整体刚度、行车性能。 中图分类号：TU2 文献标识码：A 第一部分前言 随着我国交通事业的发展，城市桥梁和高架道路桥日益增多，由于桥梁破损等造成的安全事故时
2、有发生，对人民生命财产造成了威胁。为了桥梁能够安全正常运营，需要对桥梁进行动荷载试验，对桥梁结构的整体刚度及行车相应情况进行评估，为桥梁现阶段安全营运提供技术依据和保障。本文结合沈阳市一座旧桥检测工程实例为案例，依据相应试验所得结果结合该桥理论计算结果，对该桥承载能力进行评价。 第二部分荷载试验 （一） 、工程概况 桥梁概况：沈阳市新华立交桥建于 1997 年，位于南八马路与南京街交叉口处，跨越南京街及新华广场。上部结构为 8x16 米+17.5 米+3x15.5米+17.5 米+8x16 米=337.5 米，30#钢筋混凝土现浇单箱单室连续梁，箱顶宽 9.0 米，箱底宽 4.0 米，悬臂板长
3、度 2.5 米。桥面设计为两机动车道，双向行驶。下部采用现浇 30#钢筋混凝土独柱 Y 型墩，基础采用桩径1.5 米挖孔桩，由于受地下暗渠影响，采用两桩抬一柱的形式，二桩用承台连接。桥台为钢筋混凝土一字桥台，基础为桩径 2.0 米挖孔桩。荷载为汽20，验算荷载为挂100 级。 （二） 、荷载试验 2.1 测试截面 根据桥梁结构的对称性及设计方案的特殊性，选择如下断面作为试验测试断面，并采用桥梁结构分析专用程序 MIDAS 进行静、动力分析。测试截面取 0-1 跨，1-2 跨及 2-3 跨。 （其中 0#桥台位置在新华立交西侧主桥起点） 2.2 测点布置 为了采集桥梁在动载作用下的动力性能，在主
4、桥各试验跨的梁底分别布置应变测点、挠度测点及动挠度测点各一个，其布置的位置均在试验跨（即 0-1 跨、1-2 跨、2-3 跨）跨中处。 2.3 试验布置 试验时，取一辆 300KN 试验车辆荷载作为动力试验荷载。 图 1 加载汽车车型示意图 2.4 动力荷载试验 （1）首先在各试验跨进行单车静载加载，测得试验跨最大静位移值。（2）试验工况 动载试验分为脉动试验和强迫振动试验，强迫振动试验分为跑车试验、跳车试验和刹车试验三种工况。车辆按不同车速，分不同情况通过试验孔，对桥梁进行动态激振。 工况 1：无障碍行车，一辆 300kN 试验车以不同速度（20、30、40km/h）匀速通过试验孔； 工况
5、2：一辆 300kN 试验车以不同速度（20、30km/h）匀速驶至试验孔跨中时，紧急刹车； 工况 3：一辆 300kN 试验车以不同速度（20、30、40km/h）匀速驶过布置在试验孔跨中高度为 5cm 的三角木； 结构分析模型 本桥结构分析采用桥梁结构分析专用程序 “MIDAS Civil”进行计算。采用梁单元离散，结构离散如图 1-2。 图 2 主桥结构单元离散图 2.5 动力荷载试验结果 （1）自振频率及振型 竖向一阶振型图（频率理论值为 6.42HZ） 图 3 竖向一阶振型图 自振频率比较 试验荷载下，主桥频谱图如图 1-6 所示。通过对同一位置不同车速（20km/h、30km/h、
6、40km/h）的跑车作用下 0-1 跨结构的自功率谱数据分析，得到上部结构竖向一阶频率实测值为 5.47HZ，小于计算值6.42HZ。从该频谱图中我们也可以看出结构在跑车作用下，振动能量主要集中在基频附近。 图 1-50-1 跨结构自功率谱分析 （2）强迫振动 主桥各试验跨在各工况作用下跨中强迫振动时程曲线见图 6图13。 红线第一跨跨中测点；蓝线第二跨跨中测点；绿线第三跨跨中测点 图 6 跨中跑车（车速 20km/h）强迫振动时程曲线 红线第一跨跨中测点；蓝线第二跨跨中测点；绿线第三跨跨中测点 图 7 跨中跑车（车速 30km/h）强迫振动时程曲线 红线第一跨跨中测点；蓝线第二跨跨中测点；绿
7、线第三跨跨中测点 图 8 跨中跑车（车速 40km/h）强迫振动时程曲线 图 92-3 跨跨中刹车（车速 20km/h）强迫振动时程曲线 图 102-3 跨跨中刹车（车速 30km/h）强迫振动时程曲线 图 112-3 跨跨中跳车（车速 20km/h）强迫振动时程曲线 图 122-3 跨跨中跳车（车速 30km/h）强迫振动时程曲线 图 132-3 跨跨中跳车（车速 40km/h）强迫振动时程曲线 主桥各试验跨在跑车、刹车、跳车三种外界激励条件下的冲击系数见表 1 表 1 强迫振动试验最大动挠度及冲击系数 工况：跑车试验 位置 实测最大动位移值（mm） 实测最大静位移值（mm） 冲击系数 20
8、km/h 第一跨跨中 2.035 1.997 0.019 20km/h 第二跨跨中 1.300 1.455 小于 0 20km/h 第三跨跨中 1.270 1.303 小于 0 30km/h 第一跨跨中 2.145 1.997 0.074 30km/h 第二跨跨中 1.400 1.455 小于 0 30km/h 第三跨跨中 1.285 1.303 小于 0 40km/h 第一跨跨中 2.131 1.997 0.067 40km/h 第二跨跨中 1.365 1.455 小于 0 40km/h 第三跨跨中 1.350 1.303 0.036 工况： 位置 实测最大动位移值（mm） 实测最大静位移值
9、（mm） 冲击系数 20km/h 刹车试验 第三跨跨中 1.355 1.303 0.040 30km/h 刹车试验 第三跨跨中 1.305 1.303 0.002 20km/h 跳车试验 第三跨跨中 1.865 1.303 0.431 30km/h 跳车试验 第三跨跨中 1.905 1.303 0.462 40km/h 跳车试验 第三跨跨中 1.970 1.303 0.512 新华立交主桥的冲击系数的理论计算值为 0.3128，我们可以从各试验跨跨中冲击系数的分布图看出：结构在跑车和刹车两种激励作用下的冲击系数均小于冲击系数的理论值；在跳车作用下的冲击系数均大于冲击系数的理论值。 以上情况说明
10、跳车产生的振动能量远大于刹车和跑车所产生的振动能量，对结构产生的动力影响也较大，所以桥梁的桥面应尽可能保持平整，当桥面有破损情况时应尽快修补，以减轻跳车对结构产生的动力影响。 （3）阻尼比 主桥实测阻尼比为 3.02%，在正常的分布范围内。 2.6 荷载试验评定 从动载试验结果看：主桥上部结构竖向基频实测值为 5.47HZ，小于计算值 6.42HZ。从该频谱图中我们也可以看出结构在跑车作用下，振动能量主要集中在基频附近。结构在跑车和刹车两种激励作用下的冲击系数均小于冲击系数的理论值；在跳车作用下的冲击系数均大于冲击系数的理论值。以上情况说明跳车产生的振动能量远大于刹车和跑车所产生的振动能量，对
11、结构产生的动力影响也较大，所以桥梁的桥面应尽可能保持平整，当桥面有破损情况时应尽快修补，以减轻跳车对结构产生的动力影响。主桥实测阻尼比为 3.02%，在正常的分布范围内。 第三部分结束语 本文主要对市政道路的旧桥进行动载试验测试，即采用强迫激振方法激起桥梁结构振动并测定其固有频率、阻尼比、振型动力冲击系数等，对旧桥整体刚度、行车性能进行评估。文中以一个工程实例为案例，分别建立平面模型、空间模型进行计算，分析得出在试验所在截面处固有频率、阻尼比、振型动力冲击系数等，结合试验所得数据，对旧桥整体刚度、行车性能进行评估，并为日后旧桥加固维护提供理论依据。 参考文献 1、谌润水、胡钊芳 公路桥梁荷载试验 ； 2、 公路工程质量检验评定标准 （JTG F80-2004） ； 3、 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004） ； 4、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004） ； 5、 公路桥梁承载能力检测评定规程 （JTG/J21-2011） ； 6、 公路桥涵设计通用规范 （JTJ 021-89） ； 7、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTJ 023-85） ；8、 新华立交桥工程1992 年。
