连续刚构桥空间动力特性分析

大桥主桥为三跨预应力钢筋混凝土连续刚构桥, 跨径布置为:62.78m+110m+62.78m=235.56m, 大桥全宽24.5m, 左右半幅桥面宽度均为11m, 中央带间距2.5m。

该桥采用悬臂浇筑法施工, 梁体采用单箱单室三向预应力变高度箱型断面。箱梁根部高6.5m, 跨中段梁高2.5m。主桥桥墩采用双肢薄壁实体桥墩, 主桥上部结构箱梁混凝土采用C50, 主桥墩身采用C40混凝土, 承台及桩基、引桥桥墩及桥台混凝土采用C30。

1 有限元分析

采用大型通用有限元分析软件ANSYS建立空间实体模型如图1所示[1], 经分析该大桥的前10阶频率如表1所示。

2 动载试验

2.1 脉动试验—自振频率测试

通过采用高灵敏度的拾振器和放大器测量结构在环境激励下的振动, 然后进行谱分析, 求出结构自振特性。

将传感器置于测点上, 由其拾取桥梁结构在大地脉动作用下的振动响应, 采样时间3 0分钟, 采样频率为1 0 0 H z。

从上表可以看出, 纵向漂移振型的第一阶频率为0.781Hz, 比计算值0.2234Hz相比大了许多, 这其中主要的原因是计算模型对大桥两端边界条件模拟的误差, 计算模型中按理想状态考虑主梁两端均为纵向滑动支座, 不提供任何纵向约束刚度。实际主梁两端的伸缩缝和支座, 在大桥发生自振这种位移极其细微的运动的条件下, 给结构提供了较强的纵向弹性约束。

大桥竖向振动的测试频率比计算频率略大, 反映出大桥刚度满足设计要求。

由表3可以看出, 大桥横向振动的测试频率比计算频率略小, 反映出大桥横向刚度满足设计要求。同时, 第一阶横向振动测试频率为0.879Hz, 反映出该桥采用高墩, 横向刚度整体上较弱。

2.2 跑车试验—冲击系数测试

动力荷载作用于结构上, 动应变与静应变的比值称为活荷载的冲击系数。冲击系数综合地反映了动力荷载对桥梁结构的动力作用, 它与结构型式、车辆运行速度和桥面的平整度等有关。

根据桥梁结构特点, 在桥面无任何障碍的情况下, 本次试验选用一辆300k N重载车分上行和下行两种情况, 分别以10、20、30、40、50的均匀速度 (k m/h) 通过测试桥跨, 以测定桥梁在各种行车速度下测试断面的响应动力时程曲线和最大动位移值。各车速下的实测冲击系数值分别为1.06、1.08、1.05、1.07、1.06。

从实验结果可以看出在行车速度为20 km/h时, 冲击系数达到最大, 达到1.08, 其他车速条件下的冲击系数均比它要小。试验测得的冲击系数总体稍大于按照设计规范计算的冲击系数。

2.3 跳车试验

对于跳车试验, 根据桥梁结构特点, 在桥面无任何障碍的情况下, 本次试验选用一辆300kN车分上行和下行两种情况, 以30km/h均匀速度越过测试桥跨上高度为15cm的障碍物, 以测定桥梁测试断面的响应动力时程曲线和最大动位移增量值。

试验测试结果:计算频率为1.117 Hz时, 竖向振动频率是1.367Hz;计算频率为2.192Hz时, 竖向振动频率是1.953 Hz。

上述实验结果与环境振动试验的结果 (表2和表3) 吻合良好。跳车试验与环境振动试验的正确性可以得到相互验证。

3 结语

(1) 通过环境振动试验、跳车试验和刹车试验, 可以获得大桥的自振特性。大桥自振频率的实际测试值普遍高于计算值, 说明结构实际刚度要大于设计刚度, 大桥的动力性能和整体受力性能较好。

(2) 在行车速度为20km/h时, 冲击系数达到最大, 达到1.08, 其他车速条件下的冲击系数均比它要小。试验测得的冲击系数总体稍大于按照设计规范计算的冲击系数, 这与桥面铺装、结构形式、驾驶员行车习惯等有关。

摘要：以重庆市某大跨度连续刚构桥为工程背景, 利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立该桥的空间实体模型, 计算分析其自振频率及相应振型。

关键词：连续刚构桥,动力特性,有限元分析,动载试验

参考文献

[1] 余玲玲, 王解军.高墩大跨连续刚构桥的动力性能及地震反应分析[J].公路工程, 2008, 33 (1) :36～38.