钢管混凝土系杆拱桥动载试验分析
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摘要： 运营桥梁的定期检测是保证运营安全的重要手段。动载试验主要测试其固有频率和冲击系数，其测试数据是判断桥梁结构运营状况和动力承载特性的重要指标。本文对某桥梁进行动载试验，通过脉动试验和无障碍行车试验测得的数值与计算值进行比较分析。结果表明：该桥的固有频率、冲击系数均满足规范要求，结构动力性能良好。
Abstract： Regular inspection of the operating bridge is an important means to ensure the safety of operation. Dynamic load test is mainly to test its natural frequency and impact coefficient， and the test data is an important index to judge the operation condition and the dynamic load characteristics of the bridge structure. In this paper， the dynamic load test is carried out on a bridge， and the numerical value and the calculated value are compared and analyzed. The results show that the natural frequency and impact coefficient of the bridge meet the requirements of the specification， and the dynamic performance of the structure is good.
关键词： 定期检测；动载试验；固有频率；冲击系数
Key words： periodic inspection；dynamic load test；natural frequency；impact factor
中图分类号：U446.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）31-0115-03
0 引言
随着社会经济的迅猛发展，交通量日益增大，既有桥梁荷载的增加，对其进行定期检测是确保运营安全的重要手段，桥梁动载试验是分析其动力特性以及抵抗强迫振动和突发荷载的作用，通过试验，得到桥梁的病害情况，分析出桥梁的缺陷和损伤，为该桥梁进一步养护维修提供技术依据，确保运营的安全。
1 工程概况
本桥梁为市政桥梁，跨越河流，全桥长100m，桥梁面积3360m2，跨径为16m+68m+16m，桥型布置图如图1所示。本桥为中承式钢管混凝土系杆拱桥，上部结构横向布置两条拱肋，拱肋布置于人行道外侧，主拱肋计算跨径L=68m，计算矢高f=17m，矢跨比f/l=1：4。边跨跨径为16m，拱轴线为二次抛物线，二次抛物线部分水平方向长14.35m，矢高4.659m，矢跨比1：3.08，主跨横断面如图2所示。
本桥下部结构主墩设计为实体混凝土墩柱，同一墩位的两拱脚的墩柱各自独立，全桥共4个，主墩顺桥向4.5m，横桥向主墩5.1m，主墩全高4.3m。边跨拱肋为混凝土结构，其钢筋伸入墩柱，以此与墩柱相连。主墩下接承台，承台为六边形，边长5.343m，承台厚为2.5m，承台均埋入地面下60cm左右。主墩基础采用1.5m直径钻孔灌注桩，桩采用梅花形布置，顺桥向三排，每个主墩为2根，3根，2根，共7根，1号墩柱长35m，2号墩柱长38m。桥面板采用现浇形式，顺桥方向在钢横梁处分为三部分，桥面板横向为30m，标准板厚为22cm。顺桥向边跨桥面板长16.3m，中跨桥面板长55.4m，桥台盖梁下为钻孔灌注桩基础。桥台设置支座，支座位置与盖梁下的桩相对应。
本桥主要技术标准如表1所示。
2 动载试验
2.1 测试目的
对桥梁进行结构动载试验目的是判断桥梁结构运营状况，测试桥梁承载特性。桥梁的动载试验，主要是围绕冲击系数进行测试，包括测定桥跨结构在车辆荷载下的强迫振动特性；测定桥跨结构的自振特性。首先使桥梁结构产生振动来进行桥跨结构的动力试验，通过仪器记录下结构的振动时程曲线，再通过快速傅立叶转换，分析出结构的各项振动特性。
2.2 测试内容
①结构自振特性检测，通过脉动试验测定桥梁结构的自振特性，主要是固有振动频率。
②试验跨测试部位行车结构动力响应检测，通过无障碍行车试验，记录桥梁跨中的动应变，根据所记录的数据计算和分析桥梁在试验荷载作用下的冲击系数。
2.3 测点布置
①脉动试验：测点布置在第1、2孔桥面4分点位置各布置1个测点，如图3所示。
②无障碍试验：动应变设置1个测点，布置于吊杆7横梁底位置，如图4所示。
2.4 测量仪器
①脉动试验：通过DASP2003数据采集和信号处理系统对信号进行采集和分析获得结构自振频率、阻尼比等桥梁自振特征参数，以确定桥梁自身的动力特征。
②无障碍试验：在桥面无任何障碍的情况下，用一辆载重汽车（总重400kN）顺桥中心线，分别以20km/h、30km/h、40km/h的速度驶过桥跨结构，记录桥梁跨中的竖向振动反应和跨中动应变，通过测试的数据分析得出拱肋跨中断面位置的冲击系数。动应变测量采用的仪器是HY-65DJB3000B数码动静态应变传感器。
3 试验结果与分析
3.1 脉动试验
本次理论建模采用Midas/civil 大型有限元结构分析软件，按全桥空间建模进行结构动力分析，有限元模型见图5，振型分析结果见图6～图8。
通过对采集到的振动信号进行自谱分析，频谱图见图9所示。经数据分析，得到上部结构前三阶频率实测值如表2所示。
由以上实验结果可以看出，采用不同分析方法得出该桥结构实测一阶频率分别为3.025Hz；实测二阶频率分别为4.151Hz；实测三阶频率分别为5.425Hz。
根据表2可知，该桥结构实测前三阶频率均大于理论计算值，且二者比值大于1.1，根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG/T J21-2011）第5.9.2条中的规定，评定标度为1（具体评定标准见表3），表明该桥上部结构实际整体刚度大于理论刚度，结构动力性能良好。
3.2 无障碍试验
在不同车速试验工况下，动应变测点的测量结果见表4。
从表4可以看出：试验孔在试验车以不同车速通过试验孔时，实测的冲击系数均小于理论计算值，说明该桥的行车性能满足要求。
4 结论
通过动力荷载试验与结果分析可知，该桥结构实测前三阶自振频率均大于理论计算值，实测的冲击系数均小于理论计算值，表明该桥刚度满足要求，动力性能良好，满足安全运营的条件。
参考文献：
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