某大跨连续刚构桥动力特性分析

李 鹏 李俊峰

（1 葛洲坝集团试验检测有限公司, 湖北 宜昌 443002；2 中国水利水电第五工程局有限公司, 四川 成都 610045）

0 引言

桥梁动力特性主要包括自振频率、冲击系数、振型和阻尼比。对其进行检测分析是评价桥梁整体刚度情况和整体缺损状况的有效手段。本文以某大跨连续刚构桥为例，介绍该类桥梁动力特性检测评价的全过程。为该类桥的检测和养护提供些许参考资料。

1 动力特性检测

1.1 工程概况

某大跨连续刚构桥的桥跨结构为3跨（105+200+105）m预应力混凝土连续刚构。主墩采用钢筋混凝土双薄壁柔性墩，交界墩采用分幅双柱矩形空心墩，基础采用挖孔方桩。设计荷载为公路-Ⅰ级。桥面宽11m，三车道。

1.2 理论计算

利用MIDAS/CIVIL有限元仿真分析软件建立某大跨连续刚构桥的空间有限元模型，并计算其前4阶的自振频率和振型。详见表2-1和图2-1所示。

表2 -1 自振频率与振型（前4阶）

图2 -1 有限元模型及前4阶振型图

1.3 传感器测点布置

根据某大跨连续刚构桥的结构形式及受力特点，在第1跨1/4、跨中、3/4，主跨1/8、1/4、3/8、跨中、5/8、3/4、7/8，第3跨1/4、跨中、3/4共13个截面的桥面中心位置布置 1个加速度传感器，用来检测桥梁的自振频率、振型和阻尼比。在主跨跨中桥面护栏两侧布置1个动挠度测点和1个加速度传感器，用来检测桥梁的冲击系数和自振频率。

1.4 现场实施

本次针对某大跨连续刚构桥动力特性的检测主要由脉动试验和跑车试验组成。

脉动试验时需封闭桥面交通，采用加速度传感器测量自然状况下外界各种因素所引起的桥梁微小且不规则的振动，然后通过测试软件对试验数据进行谱分析，最终得到桥梁结构的自振频率、结构振型和阻尼比。

跑车试验时采用2辆三轴重型（350kN）车辆分别以10km/h 、20km/h 、30km/h、40km/h的速度匀速通过桥跨结构，每个车速工况重复2次试验。以测定桥梁结构在动荷载作用下的冲击系数和自振频率。

2 动力特性分析

2.1 脉动试验结果分析

通过现场试验和对试验数据的模态分析，得到某大跨连续刚构桥的前 4阶实测频率值和阻尼比，详见表3-1所示，前4阶振型图详见图3.1所示。

由表 3-1可知，某大跨连续刚构桥实测自振频率大于理论计算值，将图 3-1与图 2-1进行对比可知，该桥实测振型与计算模型振型基本一致，另外该桥实测阻尼比在正常的分布范围内，说明某大跨连续刚构桥主梁整体刚度较好。

2.2 跑车试验结果分析

根据某大跨连续刚构桥1阶自振频率值和相关规范要求，可计算得出该桥冲击系数为1.050。该桥在各速度跑车试验工况下，动挠度时程曲线如图3-2，桥梁冲击系数详见表3-2所示。同时该桥在各速度跑车试验工况下所测自振频率同脉动试验的结果一致。

表3 -1 自振频率、阻尼比实测结果（前4阶）

图3 -1 某大跨连续刚构桥实测前4阶振型图

表3 -2 冲击系数实测值与理论计算值对比表

由表 3-2可知，某大跨连续刚构桥在各速度跑车试验工况下，其实测冲击系数均小于理论计算值。说明该桥在正常工作状态下动力性能良好。

3 结论

1．根据动力特性检测的结果来对桥梁进行评估。某大跨连续刚构桥实测自振频率大于理论计算值、实测冲击系数小于理论计算值、实测振型与计算模型振型基本一致，实测阻尼比在正常的分布范围内，因此可以得出，该桥动力特性良好，满足设计要求。

2．动力特性是桥梁的固有特性，当桥梁存在或出现缺损时，其自振频率会降低，振型会出现变异，阻尼比也会发生变化，因此对桥梁动力特性进行检测分析是一种较为便捷检测桥梁健康状况的手段。