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(yù)應(yīng)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(shè)4對豎向支座，分別設(shè)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(shè)2對橫向抗風(fēng)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(qiáng)度低松弛鍍鋅平行鋼絲，縱向標(biāo)準(zhǔn)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(shè)置1040mm型鋼伸縮逢，兩個伸縮縫設(shè)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(fēng)荷載、地脈動、水流等隨機(jī)荷載激振而引起橋跨結(jié)構(gòu)的微小振動響應(yīng)，測得結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼比、振型等動力學(xué)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(diǎn)的動應(yīng)變時間歷程曲線。得到橋梁主要控制截面測點(diǎn)在不同車速下的最大動應(yīng)變及沖擊效應(yīng)。
2.3 測點(diǎn)布置
本次動載試驗測點(diǎn)布置說明：脈動信號測試點(diǎn)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(diǎn)，總共為1#～21#；動應(yīng)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(yīng)變?yōu)?6.9με（30km/h跑車工況）。各跑車工況下，測試截面實測動應(yīng)變值正常。
由動應(yīng)變時間歷程曲線，通過分析計算可得到橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變（應(yīng)力）增大系數(shù)，計算公式為：
應(yīng)變增大系數(shù)：
式中： ―最大動應(yīng)變；
―最大靜應(yīng)變；
―動應(yīng)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(diǎn)應(yīng)變（應(yīng)力）的分布規(guī)律也不一樣，因此為了提高分析精度，靜應(yīng)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(yīng)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yùn)營要求。
參 考 文 獻(xiàn)：
[ 1] JTJ 023-85，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].
[ 2] JTJ 027-96，公路斜拉橋設(shè)計規(guī)范（試行）[S].
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