某跨绕城高速现浇箱梁动载试验及其分析

张 坤 陶永靖

（苏交科集团股份有限公司， 江苏 南京 211112）

0 引言

随着“十三五”接近尾声，桥梁工程建设进入快速的发展，并一跃成为基础建设的重要力量。对于某些重要的桥梁结构，相关规范及文件均要求在交工后对于某些重要的桥梁结构进行荷载试验，通过荷载试验检验其安全性、施工质量等，进而判断其承载能力是否满足要求，为后续验收、后期管养阶段等提供基础数据及相关参考信息，并成为桥梁档案的重要组成内容。

本文以某跨绕城高速桥梁为例，选取其中3跨现浇箱梁为试验对象，介绍了其动载试验的具体过程以及分析结果，同时结合有限元软件 Midas/civil理论分析其基频与振型，为桥梁后期的运营管理提供必要的技术资料。

1 工程概况

某跨绕城高速桥梁全长共 996米，跨径组合为 3×30m现浇梁+3×30m现浇梁+（33+33+34）m 组合箱梁+（34+41）m 组合箱梁+50m 简支 T梁+（41+41+39）m 组合箱梁+（3×42）m 组合箱梁+3×32.154m 组合箱梁+（32.154+31+30+29）m现浇梁+4×30m现浇梁，试验桥梁为第三1联。上部结构为现浇箱梁，下部结构为桩基础，柱式墩、花瓶形墩。跨越铁路桥梁设计荷载为1.3倍公路-I级;其余桥梁公路-I级，并满足城-A级标准。

2 实验内容

2.1 测点布置与现场试验

本试验的桥面为3×30m，采用布置测点9个，动应变1个的荷载方案，具体布设位置见图 1～2。对各测点进行模态拟合得出该桥的低阶振动频率、阻尼值和模态，并对不同车速下的跑车试验中得到其对应的冲击系数。将采集器放置在相应的位置后，设定采样频率即可采集加速度时程响应曲线，测试现场如图3所示。

图1 动载试验采集器布置图

图2 动应变测试截面图

图3 测试现场照片

2.2 实验内容

动载试验分为脉动、跑车、刹车和跳车试验四个工况来测定该桥的结构动力特性、结构在荷载下的振动响应与荷载动力性能。动载的试验工况为：

（1）脉动试验：在满足桥面无车辆通行引起的交通荷载、试验桥梁区域附近无规则振源的条件下，通过高灵敏度、高精度动力测试系统对试验桥区域背景振动进行测量，包括地脉动、风荷载、水流等随机荷载激振所产生的桥跨结构的微幅振动响应进行采集，获取结构的自振频率、阻尼比以及振型等动力学特征。

（2）跑车试验：采用1辆重350kN的试验车匀速驶过主桥，行驶速度分别为20km/h、30km/h、40km/h。通过动力测试系统对主跨跨中测试截面处的动应变时间历程曲线进行采集，通过相关分析获得在行车条件下的振幅响应、冲击系数和动应变。

（3）刹车试验：采用1辆350kN的试验车以规定的速度匀速行驶至测试断面时实施紧急刹车，刹车所产生较大的制动力对桥梁结构造成一定的冲击作用，通过测试系统的数据采集与分析，获取跨中测点的振幅响应、动应变及冲击系数。

（4）跳车实验：采用1辆重350kN的试验车位于试验孔跨中处，试验车后轮以规定的速度越过高度为7cm左右的枕木，后轮的跳跃将对桥面产生瞬时冲击力作用，导致桥梁结构有较大的竖向振动，从而测定桥梁在桥面不良状态时车辆运行荷载作用下的动态响应。

3 结果分析

3.1 桥梁模态试验结果

根据现场实测数据的分析，部分通道数据采集样图及频谱分析图如下图4～6所示。

图4 第一联部分通道采样数据图

图5 第一联频谱分析图

结合Midas中建立的第一联模型，通过输入质量数据与特征值分析数据，得到本联的基频与前三阶理论与实测振型图，如图6～11所示。

图6 第一联1阶竖向理论振型图

图7 第一联2阶竖向理论振型图

图8 第一联3阶竖向理论振型图

图9 第一联1阶竖向实测振型图

图10 第一联2阶竖向实测振型图

图11 第一联3阶竖向实测振型图

通过以上分析得到，自振特性实测值与理论计算值对比表如下。

表1 自振特性实测值与理论计算值对比表

3.2 车辆激振试验结果

桥面车辆在不同行驶工况下的激励试验实测数据分析曲线见图 12～14（以20km/h为例）。

图12 20km/h跑车频谱分析图

图13 20km/h刹车频谱分析图

图14 20km/h跳车频谱分析图

由此得到的冲击系数（1+μ）见下表2所示。

表2 各行车激励工况下冲击系数实测值

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）规定，1.5Hz

4 结论

（1）第一联模态试验一阶实测主频 4.68Hz，大于理论计算值 4.03Hz，表明结构的整体刚度较大，满足设计要求。

（2）对不同车速下的跑车(20km/h-50km/h)、刹车、跳车工况进行试验，分别实测了结构的冲击系数，试验结果表明，试验桥跨在跑车工况下冲击系数与计算值较为接近，表明桥面总体平顺，活载冲击影响较小，车辆驶过桥面时无较大颠簸。跳车、刹车工况下，动应变增量变化显著。实测各工况下冲击系数可以作为后期养护阶段检算的指标，同时也说明运营期应确保桥面平顺，减小车辆荷载冲击效应。