静动载理论

静动载理论（共6篇）

静动载理论 篇1

连续刚构桥在竖向荷载的作用下, 将在主梁端部产生负弯矩, 减少了跨中的正弯矩, 从而使跨中截面尺寸也相应得以减小, 使主梁高度可以较梁桥小。另外连续刚构结构外形尺寸小, 不需设置专门支座。因此, 连续刚构桥通常适用于需要较大的桥下净空和建筑高度受到限制的结构, 如立交桥、高架桥等, 是城市桥梁处理跨线桥以及其他类似结构的一种较好桥型。连续刚构桥由于其结构的特点, 其受力行为也比较复杂, 为较好把握该结构的受力特点, 现以某三跨连续刚构结构为研究对象, 材料为混凝土, 弹性模量为E=3.0×107kN/m2, 截面形式为矩形, 尺寸为b×h=0.4m×0.4m, 在集中力100kN的作用下对其进行静动力模拟分析, 三跨连续刚构结构如图1所示, 分析结果为该结构的合理设计提供理论参考依据。

1 结构静力分析

1.1 建立有限元模型

根据有限元法的理论知识以及通用有限元程序分析结构的步骤, 对该结构进行计算模型简化, 同时对简化的计算模型进行有限元离散, 建立起有限元计算模型, 该桥简化的有限元模型采用平面梁单元, 有限元模型如图2所示。

1.2 引入约束条件施加荷载

根据该刚架的结构特点, 其约束条件比较简单, 两端均设置固定支座。整个结构分析类型确定为平面杆系结构, 则根据结构的外荷载均布荷载40kN/m以及集中力100kN进行加载计算, 可以求得相应荷载工况的内力值。从而计算出刚架每个截面的设计内力值。

2 静力计算分析结果

2.1 均布荷载作用下

在外部均布荷载40kN/m的作用下, 连续刚构结构的弯矩、剪力及变形结果见图3～图5所示。从弯矩计算结果可以看出, 刚结点出现负弯矩, 最大值的负弯矩为-99.494kN.m, 最大的正弯矩是跨中截面处, 最大值为80.505kN.m, 剪力最大值出现在刚结点处, 最大值为120kN, 同时根据刚结点以及跨中的影响线进行动力加载法进行动态最不利荷载的施加, 刚结点以及跨中截面的弯矩及剪力的影响线见图6～7所示。

2.2 集中力作用下

在集中力荷载100kN作用下, 连续刚构结构的弯矩、剪力及变形结果见图8～9所示。

2.3 均布荷载及集中力共同作用下的内力计算结果

三跨连续刚构在均布荷载及集中力共同作用下, 连续刚构结构的弯矩及剪力结果见图10所示。

3 三跨连续刚构结构的动力分析

为较好把握三跨刚构结构的受力行为, 现对该结构进行振动特性分析, 得出该结构的前三阶振型以及频率, 从分析计算结果可知该结构的基频, 频率及振型描述见表1, 前4阶振型见图11所示。

4 结语

通过对该刚架结构的静动载的有限元分析可以得出以下结论:

(1) 三跨刚构结构在竖向荷载以及集中荷载作用下, 支柱除承受压力外, 还承受弯矩, 同时还将产生水平推理。

(2) 在连续刚构结构中, 横梁的弯曲刚度小于柱子的弯曲刚度, 则大部分的倾覆力矩由柱子来承担, 这样刚构结构的框架作用较小, 反之强梁弱柱, 则横梁承担大部分的倾覆弯矩, 这样框架作用程度较大, 变形则大大的减小, 在连续刚构桥设计中应引起注意, 确保桥梁结构安全使用, 建议横梁与柱的刚度比尽量大于3倍以上。

参考文献

[1]姚玲森.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 1985.

[2]杨高中, 杨征宇, 等.连续刚构桥在我国的应用和发展[J].公路, 1998, (6-7) :1-7.

[3]邬晓光, 邵新鹏, 万振江.刚架桥[M].北京:人民交通出版社, 2001.

某市政桥梁静动载试验研究 篇2

1、工程概况及无损检测

(1) 工程概况

某市政桥梁总长为90m, 跨径组合为3×30.0m, 采用预制预应力砼简支空心板, 空心板采用C50混凝土浇筑, 板高1.30m, 宽1.49m, 单幅单跨共设5片空心板, 下部结构形式为双柱式桥墩、重力式桥台。

(2) 无损检测

对该桥进行无损检测, 无损检测的相关内容包括:超声回弹综合法检测混凝土强度, 回弹法检测结构混凝土强度, 混凝土碳化深度测试, 钢筋保护层厚度测试。

该桥梁体的混凝土强度推定值为35.7MPa, 墩柱的混凝土强度推定值为38.9MPa;梁体所抽检部位钢筋保护层厚度对结构钢筋耐久性影响不显著, 墩柱所抽检部位钢筋保护层厚度对结构钢筋耐久性影响不显著;梁体和墩柱混凝土碳化深度平均值与实测保护层厚度平均值的比值远小于0.5, 评定标度为1, 混凝土碳化深度对钢筋锈蚀影响轻微。该桥外观状况总体良好, 仅空心板局部存在蜂窝麻面和竖向裂缝、防撞栏顶部栏杆普遍锈蚀等, 需一般小修养护处理。

2、静载试验

静载试验检测法是通过对桥梁进行静载试验, 量测与桥梁结构性能相关的挠度、应力、裂缝等具体参数。通过静载试验测出这些参数, 分析出结构的强度、刚度及抗裂性能, 据此来判断桥梁的承载能力。静力荷载试验主要通过在桥上加载试验车辆模拟设计荷载。为完成上述静载试验内容并达到检测目的, 根据选定的控制断面和边、中梁的布置形式, 全桥共需要加载下面工况:桥跨跨中截面在试验荷载下的静应变、挠度最大值;桥跨桥跨支点、跨中、四分点等截面在试验荷载下的静挠度;跨桥墩在试验荷载下的竖向变形。

加载方式为逐级递加到最大荷载, 然后逐次卸载到零级荷载。加载位置与加载工况确定的主要方式是:采用荷载等效的原则实施, 在满足试验荷载效率的前提下对加载工况进行适当优化, 每一加载工况以某一检验项目为主, 必要时可兼顾其他检验项目。加载中的试验工况加载阶段为:工况1, 布置荷载车辆一台, 车前轴与跨中线重合, 车头朝东向。工况2, 移动工况1中的荷载车辆, , 使车前一个后轴与跨中线重合;工况3, 移动工况2中的荷载车辆, 使车后轴距离跨中线3.4m;此时另一台荷载车辆, 与前一辆车对称于跨中线布置。卸载阶段:将桥面上所有车辆依次撤离。

本桥的静载试验结果见表1所示。结果表明该桥静力工作性能良好, 各项试验检测指标均能够满足《评定规程》的要求, 在试验过程中, 未见肉眼可观测到的新裂缝出现, 既有裂缝未见明显扩展, 试验桥跨的桥墩未产生可观测到的沉降变位。

3、动载试验

动载试验的目的在于研究桥梁结构的动力性能, 该性能是判断桥梁运营状况和承载能力的重要标志之一。比如动力系数是确定车辆荷载对桥梁动力作用的主要技术参数, 直接影响到桥梁设计的安全与经济性能;桥梁过大振动可能引起乘客和行人的不舒适;桥梁自振频率超出某些范围时, 有引起桥梁共振的危险。

在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下, 通过高灵敏度动力测试系统测定桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微幅振动响应, 测得结构的自振频率、阻尼比等动力学特征。测试断面同静载试验测试断面, 按受力最大作用处进行测点布置。车辆激励方法在原理上为结构的自由振动衰减法, 即给结构一个初位移或初速度使结构产生振动, 然后测得结构的自由振动衰减曲线, 进而分析处理得到结构的自振特性参数。实际的动力试验包括:脉动试验、无障碍行车试验、跳车试验。对该桥进行动载试验检测, 试验结果见图1。

由图1的动测数据分析表明:该桥的一阶自振频率为6.35Hz, 阻尼比为1.2883%, 对应的理论计算一阶频率为6.34Hz。实测频率大于理论计算值, 表明该桥的实际刚度较大, 振动响应较小, 行车性能较好。

4、结论

经对该桥病害外观检查、典型区段无损检测、静载试验、动载试验, 结果表明该桥的承载能力能满足设计要求, 整体状况良好, 全桥技术状况等级被评定为B级 (良好) 。

摘要：本文以某市政桥梁的静动载试验检测为例, 对静动载试验的荷载布置, 工况设计进行简要介绍, 对其检测结果进行分析, 检测结果表明, 该桥的承载能力能满足设计要求, 整体状况良好, 为类似桥梁工程的检测提供参考。

关键词：桥梁检测,静载试验,动载试验

参考文献

[1]吴浪辉, 马保松, 杨永贵.武汉白沙洲高架桥静动载试验研究[J]铁道建筑, 2009 (12) :15-17

[2]申明文, 周海作者简介:姜婷 (1981-) , 女, 工程硕士学历, 湖南娄底人, 工程师, 讲师, 从事有关土木工程专业教学

连续刚构桥静动载检测评定 篇3

关键词：连续刚构桥,静动载试验,检测,评定

1 前言

连续刚构桥不但具有桥面连续,行车舒适等优点,而且上部结构受力合理,能充分发挥高强材料的作用,有利于增大跨径,因此该桥型在近十几年来得到了广泛应用和大量的推广[1][2]。本文以福建南平常坑大桥为背景,介绍了该桥荷载试验方案的制定和实施,并通过实测数据与理论计算结果的对比分析,对桥梁施工质量进行检验,从而评定其承载能力,为桥梁竣工验收提供依据,也为同类型桥梁的静动载试验提供参考。

2 工程概况

南平常坑大桥工程项目为(4×35)m连续小箱梁+(60+100+60)m变截面连续刚构箱梁+(2×30)m连续小箱梁。其中主桥部分为(60+100+60)m大跨径连续刚构箱梁桥,本桥南平城区方向降坡1.5%,浦南高速出口方向降坡1.5%及2.4%。左右幅箱梁均设置1.5%单向横坡,总宽23m。设计汽车荷载等级为城-A,设计车速40km/h,人群荷载2.4kN/m2。设计洪水频率百年一遇,设计洪水位85.76m,通航水位77.06m。Ⅳ级航道,双向通航,航道净宽90m,净高8.0m。主桥主梁两端均采用牛腿结构,两侧引桥小箱梁均置于牛腿上,以利于美观。桥型布置图如图1所示。

主桥箱梁横截面为单箱单室变截面直腹板箱形断面,箱梁顶板宽11.25m,底板宽5.85m,箱梁梁体两翼板悬臂长度为2.7m,箱梁高度在桥墩支点处为5.5m,边跨现浇段及主跨跨中处为2.5m,箱梁梁底采用二次抛物线进行渐变,箱梁顶板厚25cm,在近中支点处加厚至50cm,箱梁底板厚度由跨中的27cm渐变至近墩支点处的74cm。

3 静载试验

3.1 加载工况和荷载效率

试验采用30吨左右的载重汽车8部,车辆为三轴重车,汽车车牌号、编号、轴重、轴距见表1。根据连续刚构桥和连续梁桥的受力特点[3][4]与南平常坑大桥的受力情况,确立的静载测试工况及荷载效率见表2。

3.2 测点布置

测试截面的选取及布置见图2～3,主桥选取截面为1-1(L/3截面)、2-2(5#墩墩顶)、3-3(6#孔跨中)作为测试截面,测试项目如下:

(1) 主桥5#孔L/3截面、5#墩墩顶截面与6#孔跨中截面在试验荷载作用下的应变;

(2) 主桥(5#孔～7#孔)控制截面(四分点)在试验荷载作用下的挠度;

3.3 试验结果及分析

理论分析采用Midas/civil有限元软件,采用变截面梁单元建立模型,分别对静载试验各荷载工况作用下的挠度和应变进行验算分析。主梁和主墩采用三维梁单元进行模拟。主梁与墩顶通过刚性连接来模拟,两边跨端约束其竖向、横向平动自由度和纵向、竖向转动自由度,主墩墩基结合部视为固定支座。模型箱形主梁沿纵桥向(全长220m)共划分78个单元、79个节点,二个主桥墩(5#、6#墩)共划分了52个单元、56个节点。引桥采用梁格体系的有限元计算模型,模型共划分1582个单元、1035个节点。

图4列出主桥主梁在荷载作用下各应变测点应变的实测值和理论计算值(其中负值为压应力,正值为拉应力)。荷载作用下主要测试断面的应变实测值变化规律与理论计算值变化规律基本一致,主桥控制点应变校验系数为0.50～0.60,引桥控制点应变校验系数为0.50～0.89,均符合《公路桥梁承载能力检测评定规程》(报批稿)[5]规定的预应力混凝土梁桥的校验系数应为0.50<λ<0.90的限值要求。

图5列出了主桥主梁各工况下各挠度测点的实测值与理论值(挠度以向上为正,向下为负)。桥面变形规律与理论计算基本一致,主桥挠度校验系数为0.50～0.96,引桥挠度校验系数为0.44～0.90,主要测试断面挠度校验系数均大于0.60,符合文献[5]规定的预应力混凝土梁桥的校验系数应为0.60<λ<1.00的限值要求。

4 动载试验

桥梁结构在移动车辆荷载作用下会产生振动、冲击等动力反应,此时桥梁各部位除产生静态应力和静态变形外,还产生动态应力和动态变形,本次动载试验工况有:①自振测试;脉动法测量桥梁的竖弯、横弯和扭转的自振振型、频率和阻尼比。②无障碍行车;采用一辆重车加载,分别以10km/h、20 km/h、30 km/h、40 km/h的车速过桥。③有障碍行车;采用一辆重车加载,加载车分别以10 km/h、30 km/h越过一根位于测试断面的高10cm的障碍物。④刹车试验;采用一辆重车加载,加载车以30 km/h的速度行驶至测试断面时紧急刹车。

主桥面内基本动力模态见表3,根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》[5]中以实测自振频率评定桥梁结构技术状态的评判标准,对于常坑大桥,主桥的面内实测一阶频率与理论值之比为1.07,说明主桥处于较好状态。

5 结语

本次静载试验各控制截面在最不利荷载作用的静载试验效率η=0.91～0.95,退载后各测试截面应变基本可恢复,主桥最大相对残余应变为1.30%,主梁变形规律与理论计算基本一致,主桥挠度校验系数为0.50～0.96,主要测试断面挠度校验系数均大于0.60,面内实测一阶频率与理论值之比为1.07,以上测试结果表明常坑大桥主桥在试验荷载作用下结构整体工作性能良好,具有一定的安全储备。

参考文献

[1]陈宝春,桥梁工程[M],北京:人民交通出版社,2009.

[2]徐栋卿,许忠勇,齐岩.某V型刚构桥检测评定实例[J].广东土木与建筑.2008,12(12):51-52.

[3]吴建奇,郑晓,张婷婷.公路桥梁工程的动载试验研究[J].铁道建筑.2011,3:26-28.

[4]马耕,李子春,柯在田.某高速公路预应力混凝土梁桥的检测评估[J].铁道建筑2008,10:25-28.

湘江北大桥西引桥静动载试验分析 篇4

静载试验是通过测试桥梁结构在试验荷载作用下的控制截面的应变、位移或裂缝, 分析判定桥梁的承载能力。动载试验是通过测试桥梁在动载作用下的响应, 分析桥梁的频率、阻尼和振型等模态参数, 根据动力响应和模态参数进行桥梁承载能力评定。采用静载试验评定桥梁承载能力的方法是最成熟且传统的方法, 动载法以往是和静载法结合使用的。

本文以湘江北大桥西引桥为例, 介绍空心板梁桥的静动载试验, 并对该桥的实际承载能力作出评估。

(一) 工程概况

长沙市湘江北大桥是319国道的一座特大桥, 大桥总长3616.66m, 其正桥长2355.9m。正桥由东引桥、主桥和西引桥 (即银盆岭大桥) 组成。西引桥部分共l7孔, 每跨采用l6m简支梁结构, 桥面净宽26.6m, 其中机动车道4×3.95m, 非机动车道2×3.65m, 人行道2×1.5m, 桥梁设计荷载为汽车—20级, 挂车—100级。桥梁上部结构均采用梁高为70cm的预应力混凝土空心板, 其中1号中板19块, 2号中板2块, 边板2块, 混凝土设计标号为C40。下部结构为钻孔灌注桩双柱式墩台, 西引桥横断面布置如图1所示。

本次荷载试验选择靠湘江西岸的四跨。

(二) 荷载试验

1. 试验内容

(1) 简支梁跨中挠度检测; (2) 中跨跨中截面应力检测; (3) 边跨跨中截面应力检测; (4) 动载试验; (5) 模态试验。

2. 测点布置

(1) 挠度测点布置:挠度测点布置在每跨跨中空心板梁底缘, 如图2所示。

(2) 应力测点布置:应力测点布置与挠度测点布置相同。

3. 试验荷载及荷载布置

静载试验采用12辆试验车, 装载后每辆车的总重及轴重略有不同, 但相差不大, 取平均值后每辆车装载后总重150kN, 前轴50kN, 后轴100kN。静载试验共六种工况, 荷载布置如图3和图4所示。

4. 试验结果

(1) 挠度检测结果:桥梁上部结构的挠度值是反映构件整体性能, 工作状态的一项重要指标, 若构件实际的挠度值小于允许规定的挠度值, 则说明桥梁处于良好的工作状态;若是构件实际测试的挠度值大于规范允许的挠度值, 则说明桥梁整体刚度减小, 将会影响结构的正常使用。同时构件也会产生过多的裂缝和较明显的桥梁振动, 由挠度的检测可知桥梁结构的工作性能和施工是否达到设计要求, 也可确定桥梁运营的可靠性。现将六种工况下的跨中挠度实测值与设计计算值相比较, 结果汇总于表1。

(2) 应力检测结果:利用试验仪器采集其各梁跨中截面应变值, 然后利用公式σ=Eε, 把应变换算成梁底混凝土应力, 把该值与设计计算值相比较, 即可知结构受力安全与否, 从而对其承载力进行评估。现将六种工况下的梁底混凝土最大应力的测试值与设计值相比较, 结果汇总于表1。

(3) 卸载前后位移值:见表3。

(4) 动载试验结果。动载试验主要是测量移动荷载作用下桥梁结构的动态响应, 本次动载试验采用两辆15t的载重车, 车辆分别以30km/h、50km/h的车速通过桥面, 实测加速度频谱曲线如图5所示。根据实测加速度频谱曲线图, 可得到该桥自振频率为5.5Hz, 比理论计算的4.3Hz稍大。

(5) 裂缝观测结果:在试验荷载作用下, 经检测空心板梁跨中下缘及梁端主拉应力区未发现裂缝。

(三) 试验结论

在静荷载试验中, 用挠度、混凝土应力的校验系数以及相对残余变位评定该座桥的承载能力, 校验系数η指荷载试验实测效应与相应的计算效应之比。

1. 挠度分析:

由表1可知, 在工况六对称荷载作用下, 跨中挠度最大值6.98mm, 其挠跨比为1/2292, 远小于规范允许值 (l/600) 。最不利工况荷载作用下的挠度校验系数为0.96, 满足预应力混凝土的挠度校验系数0.7~1.0的要求。实测挠度值均小于设计计算值, 因此, 桥梁的刚度具有足够的保证。

2. 应力分析:

由表2可知, 最不利工况荷载作用下的应力校验系数为0.89, 满足预应力混凝土应力校验系数0.6~0.9的要求。实测值基本上小于理论计算值, 说明材料的实际强度较高, 混凝土桥面铺装及人行道等与主梁共同受力, 理论计算的简化模型偏于安全, 桥梁结构具有一定的安全储备。

3. 残余变形分析:

由表3可知, 工况六荷载作用下梁的挠度最大, 卸载后可得控制测点的残余变形, 最大的相对残余变位值为12.56%, 小于允许值20%, 说明结构处于弹性工作状态。

参考文献

[1]宋一凡.公路桥梁荷载试验及结构稳定[M].北京:人民交通出版社, 2002.

[2]张俊平.桥梁检测[M].北京:人民交通出版社, 2002.

静动载理论 篇5

1 工程概况

新疆维吾尔自治区省道313线伊犁特大桥工程位于新疆西部重镇伊宁市西南、伊犁河谷腹地,起点与原省道313线伊宁市过境线终点相接,横跨伊犁河,终点与原省道313线相连,大桥全长1 820.52 m。

2 静载试验

2.1 试验荷载及测试项目的确定

全桥模型采用Midas/Civil建立有限元模型,通过计算荷载效率系数及弯矩包络图经过优化合并后,确定试验截面13个,其中主桥11个断面,引桥2个断面,分布在各截面的跨中和1/4跨,包括各截面的中载和偏载,确定的加载工况为18个,共选用12辆单辆、重约为300 kN的三轴载重货车充当试验荷载。

2.2 测量仪器及方法

主梁挠度变形采用拓普康DL-101C精密电子水准仪配合条码标尺测量。主梁应力测量方面,为比较电阻应变片与振弦式表面应变计的试验效果与工作效率,本次试验选定中跨跨中、中跨1/4两截面尝试采用SM-5A智能振弦式表面应变计配合MB6TL振弦式读数器测量,SM-5A型振弦式应变计通过改变钢弦的张力产生共振频率的变化来推算应变值,即应变量程。其余各截面仍采用电阻应变片测量,将纸基电阻应变片连接TDS-602应变采集系统测量应变值。应力测量截面测点布置如图1所示(以跨中截面为例)。裂缝观测采用读数显微镜观测。

在进行正式加载试验前,首先采用一辆加载车进行预加载试验,预加载持荷时间为20 min,使结构进入正常工作状态,并消除结构非弹性变形。预加载卸至零荷载,并在结构得到充分的零荷载恢复后,即进入正式加载试验。正式加载试验分别按加载工况序号逐一进行,如果结构控制截面的变位、应力(或应变)在未加到最大试验荷载前,提前达到或超过设计计算值,应立即终止加载。

2.3 结果分析与整理

因试验截面多,工况数多,限于篇幅仅将中跨跨中截面(K—K)、次中跨跨中截面(H—H)两截面的应变值列出(见表1,表2)。

从表1,表2中看出,用振弦式表面应变计测得各点实测值比电阻应变片量测值更为接近理论值,数据比较稳定,说明电阻应变片量测受环境人为等因素影响较大,测试精度不易保证,而振弦式表面应变计由于操作简单,受外界环境因素影响较小,测试精度高,测量效果好于电阻应变片。经测量,主桥最大挠度实测值均小于理论值,说明主桥刚度满足要求。

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通过对全桥数据的分析整理,各测试截面混凝土应变校验系数在0.792～0.854之间,结构挠度校验系数在0.510～0.912之间,主桥箱梁的偏载系数平均值为1.103,小于理论1.15,大桥各控制截面的强度,刚度满足要求,并有一定的安全储备;箱梁截面的抗扭刚度较大,残余变形满足要求,大桥处于弹性工作状态,桥梁结构的承载能力满足设计要求。

3 动载试验

3.1 脉动试验法测定桥梁固有振动特性

考虑到桥梁结构形式及Midas理论计算结果,以测点数量最少、位置尽量避开各阶振型节点的原则选择测点,在测点上安装CA-YD-109拾震器,配放大器及DASP动态数据采集分析系统,由便携机记录桥跨结构的脉动响应信号,最后由专用软件的信号进行处理。经测量,该主桥一阶频率为0.681 Hz,二阶频率为1.056 Hz,三阶频率为1.299 Hz,引桥一阶频率为2.948 Hz,二阶频率为3.806 Hz,三阶频率为4.639 Hz。

3.2 跑车试验法测定结构的动态响应

尽管现代车桥耦合振动理论有了很大的发展,但由于车辆动力特性的复杂性和参数的不确定性,桥梁结构阻尼的离散性和桥面不平的随机性,要通过理论分析来解决还比较困难,目前不得不借助试验的方法,通过经验的冲击系数来近似考虑桥梁的动力效应[3]。试验采用一辆重约30 t的载重汽车,在桥面无任何障碍的情况下,分别以10 km/h,20 km/h,30 km/h,40 km/h及50 km/h的速度驶过桥跨结构,根据控制截面测点在行车试验时记录的动挠度曲线来获得活动力系数,动挠度测量采用BJQL-4B桥梁挠度检测仪。表3给出了实测活载冲击系数(以9号孔为例)。

对全桥各控制截面实测结果分析得到,引桥的冲击系数μ=1.060 6～1.098 1;主桥的实测冲击系数在1.018 5～1.076 0之间。

3.3 跳车法测定结构的动态响应

试验时,让一辆300 kN试验车的后轮在主桥跨中位置从高度为15 cm的三角形垫木突然下落,从而对桥梁产生冲击作用,激起桥梁的竖向振动,测定此时桥梁跨中的激振频率及其相应的阻尼比。图2给出了8号孔3/4截面跳车加速度时程曲线。理论分析表明,阻尼比越大,说明桥梁结构耗散外部能量的能力越强,振动衰减的越快,即结构传递振动能力越差,或结构有结构性受力裂缝、材料匀质性差,反之亦然。此次试验测得主桥阻尼比在0.03左右,引桥在0.06左右,桥梁整体刚度较好。

4 结语

1)本次荷载试验能够反映桥跨结构在标准荷载作用下的受力性能。2)各工况试验荷载满载时,实测挠度、应力应变均小于理论计算值,校验系数满足“鉴定方法”中不大于1的要求,桥跨结构的强度和刚度满足要求,并具备一定安全储备。3)动载试验结果表明,结构实测的前三阶自振频率与跨径相近的同类桥梁相比,在正常范围以内,且均大于理论计算值,同时实测的阻尼比在常值范围以内,说明桥梁的总体刚度较大,结构传递振动能力及均质性较好;跑车作用下,桥梁结构动挠度和冲击系数较小,满足规范要求。4)在应力应变量测方法上,选用振弦式表面应变计比电阻应变片具有精确度高,测试数据稳定,重复使用率高,工作效率高等优点,适合于推广使用。

摘要：介绍了伊犁河特大桥成桥状态下评定大桥结构静动力特性的荷载试验,在静载试验应力应变的量测中,尝试用振弦式表面应变计替代电阻应变片,并比较两者间的效率和精度,对大桥的结构性能做出评价,并对荷载试验的发展提出建议。

关键词：荷载试验,性能评价,动态响应,振弦式表面应变计

参考文献

[1]余文华.公路特大桥动静载试验分析[J].工程与建筑,2007(22):462-463.

[2]谌润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社,2003:37-57.

[3]宋一凡,贺拴海.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京:人民交通出版社,2002.

[4]蒋新亭,再努拉.库尔班.国道314线库尔勒孔雀河大桥检测与荷载试验[J].山西建筑,2008,34(11):299-300.

静动载理论 篇6

关键词：静载试验,动载试验,挠度,应变

1 桥梁概况

为了全面检测预应力连续T梁的强度、刚度和承载能力并进行综合评定, 对该大桥进行静动载试验是非常全面而且有效的办法[1]。全桥孔跨布置为 (4×40 m) + (3×40 m) + (3×40 m) + (42 m+70 m+42 m) + (4×40 m) + (4×40 m) , 其中 (42+70+42) m部分采用预应力混凝土连续梁。桥梁荷载等级为公路Ⅰ级, 结构设计安全等级为一级。图1为连续T梁立面图。

2 数值模拟分析

大桥采用midas civil进行建模计算。首先在修正模型基础上进行运营荷载组合计算, 得到相应最不利断面, 确定实验和检测断面。实验前计算出各控制断面的内力影响线以确定加载车辆及如何布置。接下来根据具体的加载方案利用有限元软件计算得出在荷载作用下各测点的挠度、应变值和桥梁的自振频率。图2为桥梁的有限元模型。

3 静载试验

3.1 测点布置

根据规定[2], 选择如下项目作为主要加载测试项目:试验加载截面为1~4截面, 具体布置见图3。

1) 挠度测点。应用全站仪对挠度检测点进行监测, 在第一孔跨中位置共布置6个挠度监测点, 位置见图4。2) 应变测点。共布置11个混凝土应变监测点, 分别在跨中、L/4截面箱梁内部布置混凝土应变计。具体位置见图4~图7。

3.2 静载试验加载工况

根据规定[2], 静力试验荷载可按控制内力、应力或变位等效原则确定。静力荷载试验效率介于0.95~1.05之间。经过等效计算, 确定选6辆45 t重车进行加载试验。经过分析后确定分2个加载工况进行加载。工况一为对跨中截面最大正弯矩对称加载;工况二为对支点截面最大负弯矩对称加载。各工况加载效率均在95%以上。试验过程按照分级控制加载的方式进行加载, 采用一次慢速有序方式加载。

3.3 静载试验结果分析

静力荷载试验结构校验系数, 是试验荷载作用下测点的实测弹性变位或应变值与相应的理论计算值的比较, 见表1。

可见, 在试验加载满载下, 实测最大挠度为5.21 mm (向下) , 卸载后桥跨结构恢复良好。实测挠度分布总体上与理论分布趋势基本一致, 挠度显著区段的挠度实测值均小于计算值。各工况加载下挠度响应显著截面的挠度结构校验系数在0.595~0.740之间, 与同类桥梁相比, 结构校验系数分布正常。

由检测应变结果可知, 各工况加载下试验截面控制部位应力结构校验系数在0.695~0.929之间。试验加载中出现的最大实测拉应变 (增量) 为61με, 最大压应变 (增量) 为-10με, 应变增量值较小。卸载后应变恢复正常。

4 动载试验

4.1 脉动试验测试

本试验测试跨主线桥孔跨布置为4×40 m预应力T梁, 试验过程中选取一个敏感测点作为固定不动的测点, 即参考点。根据本桥特点共计布置4组, 每组采样至少30 min, 测试点布置见图8。

4.2 跑车试验测试

试验时加载车以一定的车速匀速行驶于待测桥跨之上, 由于加载车在桥上行驶过程中对桥面产生一定冲击作用, 会对桥梁结构激发出受迫振动。因此可以测得在行车条件下的桥梁的振幅响应和冲击系数。行车试验以20 km/h, 40 km/h不同行车速度通过桥梁, 每个车速均进行2次试验, 测试桥梁的振动响应;根据待测桥梁测点, 跨中布置测试点, 见图9。

试验采集数据点采用在连续梁跨中控制截面梁底布置磁力式速度传感器并采用积分器进行积分, 将速度信号转换成动挠度, 并采集行车过程当中各个测点的动态应变位波形曲线。

4.3 制动试验测试

制动试验使用静载测试的加载汽车, 分别以20 km/h, 40 km/h的速度进行刹车, 刹车位置定在控制截面位置, 刹车后车辆媳火, 待数据采集波形衰减结束, 方可驶出桥面。测试点的具体布置同行车试验。

4.4 自振特性测试结果

根据规范中的公式[3]及建模计算, 得到预应力连续T梁的竖向理论基频为2.39 Hz, 冲击系数为0.138。图10为经midas civil理论分析得到预应力连续T梁的一阶振动理论振型图。

同时进行随机脉动信号的采集, 由于测试过程中, 仪器存在零漂以及外界的干扰, 分析时对信号作了高低通滤波处理。通过对脉动影响信号作FFT分析, 得各测点的位移功率谱。进一步进行宽带随机响应的互相关分析, 做出跨中的竖向振动的自互功率谱, 从而识别得到预应力连续T梁的实测竖向基频为3.13 Hz, 实测阻尼比为0.005 95。

4.5 动力响应测试结果

强迫振动试验条件下, 测试结果列于图11~图13。

跑车试验条件下, 各种车速下桥梁结构主频几乎没有变化, 且就整个大桥来说, 由于大桥跨度较大, 桥梁的主振型是3.0 Hz以内的低阶振动, 桥梁的受迫振动振幅处于较低的水平。

5 结语

通过对预应力连续T梁静动载试验研究与状态评估可得到如下结论:1) 在静载试验作用下, 挠度实测值与计算值的变化规律一致, 并且校验系数在0.595~0.740之间, 说明结构的实际刚度大于计算刚度, 满足设计要求。2) 在静载试验作用下, 应变实测值与计算值的变化规律一致, 并且校验系数在0.695~0.929之间, 说明结构的实际强度大于计算强度, 结构具有足够应力储备。3) 实测桥梁模态振型结果和计算结果有很好的吻合性, 且桥梁自振实测值略大于计算值表明结构刚度较大, 说明桥跨刚度满足设计要求。4) 实测阻尼比分布在0.01~0.1之间, 在合理的范围之内。5) 试验过程以不同的车速跑车、刹车作用时, 没有发现动应变急剧增加并在相当长的一段时间内保持很大数值的现象, 说明桥面总体较平顺。

参考文献

[1]交通部公路科学研究所.大跨径混凝土桥梁的试验方法[M].北京:人民交通出版社, 1982.

[2]交通运输部公路科学研究院.公路桥梁承载能力评定规程[M].北京:人民交通出版社, 2011.