粉房灣長江大橋主橋動力特性試驗研究
2017-09-18
1 概 述
粉房灣長江大橋主跨為（216.5+464+216.5）m雙塔雙索面斜拉橋。索塔身采用墩塔固結(jié)的鋼筋混凝土和部分施加預應力的配筋結(jié)構(gòu)。南北塔身結(jié)構(gòu)形式和高度均相同，塔柱全高均為188.30m（承臺除外），索塔形式為寶塔型，分為上塔柱（錨索段）、中塔柱、下塔柱。主橋采用桁架和正交異性橋面板組合體系，由464m中跨和兩側(cè)對稱布置的216.5m邊跨組成，邊跨與中跨的比值L1/L2=0.467，主橋全長為897 m。橋共設4對豎向支座，分別設置在交界墩及輔助墩頂，豎向支座兼有抵抗部分向上拉力的功能。主橋共設2對橫向抗風抗震支座，布置在橋塔下橫梁上。拉索布置為扇形雙索面，每塔單索面為14根，全橋拉索共4×14×4=224根。斜拉索采用直徑為φ7mm高強度低松弛鍍鋅平行鋼絲，縱向標準間距16.0m，橫向一側(cè)間距0.8m，兩側(cè)中心間距32.8m。主橋在交界墩頂設置1040mm型鋼伸縮逢，兩個伸縮縫設在鋼桁架梁的兩端與引橋交接處。
2 試驗內(nèi)容
2.1 脈動試驗
在橋面無任何交通荷載以及橋址附近無規(guī)則激振源的情況下，通過高靈敏度動力測試系統(tǒng)測定橋址處風荷載、地脈動、水流等隨機荷載激振而引起橋跨結(jié)構(gòu)的微小振動響應，測得結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼比、振型等動力學特征。
2.2 跑車試驗
試驗時采用4輛重300kN的試驗車并排橫向?qū)ΨQ布置，分別以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h的速度通過橋跨結(jié)構(gòu)，由于在行駛過程中對橋面產(chǎn)生沖擊作用，從而使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動。通過動力測試系統(tǒng)測定橋跨結(jié)構(gòu)主要控制截面測點的動應變時間歷程曲線。得到橋梁主要控制截面測點在不同車速下的最大動應變及沖擊效應。
2.3 測點布置
本次動載試驗測點布置說明：脈動信號測試點的布置沿橋向布置在橋面上，并且每隔3米布置一個測試點，總共為1#～21#；動應變測試主要選取在主梁跨中界面上弦底板上，總共為H1～H4。
3 動載試驗結(jié)果
3.1 脈動試驗結(jié)果
通過脈動試驗結(jié)果分析，橋梁實測橫彎一階為0.406Hz、實測豎彎一階為0.498Hz、實測豎彎二階為0.852Hz、實測橫彎二階為1.130Hz，實測頻率值均大于理論計算頻率，其與計算頻率比值分別為1.12、1.06、1.10和1.14，阻尼比分別為0.897%、1.575%、1.107%和0.744%。
3.2 跑車試驗結(jié)果
本次跑車試驗采用4輛重車勻速通過橋梁，其車速分別為20km/h、30km/h、40km/h、50km/h，共計5個工況。
在勻速跑車試驗20km/h工況、30km/h工況、40km/h工況、50km/h工況中，測試截面最大壓應變?yōu)?6.9με（30km/h跑車工況）。各跑車工況下，測試截面實測動應變值正常。
由動應變時間歷程曲線，通過分析計算可得到橋梁結(jié)構(gòu)的應變（應力）增大系數(shù)，計算公式為：
應變增大系數(shù)：
式中： ―最大動應變；
―最大靜應變；
―動應變信號半峰值。
由于各跑車試驗工況無法保證車輛行駛路線完全相同，各測點應變（應力）的分布規(guī)律也不一樣，因此為了提高分析精度，靜應變分量直接在動態(tài)時程信號中求取，即消除動態(tài)分量后的最大值作為靜應變分量來計算K值。K值反映了移動荷載對橋梁的沖擊效應，檢測結(jié)果如表1所示：
在勻速跑車試驗20km/h工況、30km/h工況、40km/h工況、50km/h工況中，測試截面實測應變增大系數(shù)分別為1.03、1.03、1.04、1.03。各跑車工況下，測試截面實測應變增大系數(shù)正常。
4 結(jié) 語
通過本橋的荷載試驗結(jié)果與理論計算結(jié)果對比分析表明，在結(jié)構(gòu)的頻率值、振型、動應變值及其他自振特性等方面，實測結(jié)果與理論計算結(jié)果具有良好的吻合性，橋梁的動力特性能夠滿足運營要求。
參 考 文 獻：
[ 1] JTJ 023-85，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].
[ 2] JTJ 027-96，公路斜拉橋設計規(guī)范（試行）[S].
[ 3] 公路橋梁抗風設計指南編寫組.公路橋梁抗風設計指南[M].北京：人民交通出版社，1996.
[ 4] 李傳習，劉光棟等.大跨度橋梁結(jié)構(gòu)計算理論[M].北京：人民交通出版社，2002（6）.
[ 5] 高曉艷，張浩，等.蒲山特大橋靜動載試驗及質(zhì)量評定[J].中外公路，2010（4）.
[ 6] 何飛.某桁式組合拱橋靜載試驗分析[J].中外公路，2010（4）.
[ 7] 張玉平，李傳習.株洲建寧大橋斜拉橋靜載試驗研究[J].公路與汽運，2008（2）.
