摘要：通过桥梁结构自振频率的变化，可以分析桥梁结构性能，从而评价桥梁结构的损伤状况。本文以某匝道遭受重物撞击损伤检测为依托，建立有限元模型并进行现场试验分析，通过桥梁结构自振频率评定桥梁损伤状况。
关键词：自振频率；桥梁损伤；评定
引言
根据结构动力学观点［1］，结构刚度的变化或结构损伤，必然导致结构自振特性变化，通过桥梁结构自振频率的变化，可以分析桥梁结构性能，从而评价桥梁结构的工作状况。
1 研究现状
自振是指弹性系统在没有外部动力的作用下形成的振动。桥梁的自振频率与桥梁的质量和刚度有关。当桥梁结构健全时，其频率具有保持性；而当桥梁结构发生病害时，由于刚度降低，在谱图上反映为自振频率下降，甚至出现幅值较大的低频分量。在工程实践中将实测自振频率与计算自振频率的比值作为一项评定标度，分析桥梁结构性能，评价桥梁结构技术状况，将实测自振频率与计算频率进行比较，如实测频率大于计算频率，可认为结构实际刚度大于理论刚度，反之则实际刚度偏小。
为了规范公路桥梁承载能力检测评定工作，我国交通运输部发布并推行《公路桥梁承载能力检测评定规程》（JTG /T J21-2011），以下简称规范。该规范根据桥梁检查与检测结果，采用引入分项检算系数修正极限状态表达式的方法进行承载能力评定，大大提高了桥梁承载能力评定的客观性和可操作性。上述规范根据实测自振频率与理论计算频率之间的比值来量化评定桥梁自振频率技术状况。那么只要掌握其病害与结构刚度的衰减模型，即可得到其承载能力的变化规律。而其刚度的衰减规律可直接由结构的动测参数来确定。
吕立宁通过对20余座桥梁动静载试验结果数据样本的分析，验证了动力刚度与静力刚度指标的一致性，自振频率的结果可以反映桥梁结构的实际刚度状况。[2]
王岐峰、李炎等人结合两座桥梁自振特性的跟踪测试，对桥梁自振特性和承载能力之间的关系进行分析，得出可以通过结构实测自振特性的改变，从宏观上了解桥梁的现行运营状况和承载能力。[3]
徐绪绪、熊先波和王振以常见连续梁桥为例，通过建立有限元模型并进行现场试验分析，提出对于简支梁、连续梁等简单桥型应采用竖向一阶频率实测值与计算值的比值评定该项标度。[4]
龚江烈和周阳帆以5座钢筋混凝土梁桥为例，验证了自振频率指纹评定法对既有桥梁承载能力进行评定的准确性。[5]
2 工程实例检测
2.1工程概况
匝道桥长200m。桥宽9.0～9.5m。该桥为单幅桥梁。其跨径布置为：第1联（4×25m），上部结构为预应力连续箱梁；第2联（2×22m），上部结构为预应力连续箱梁；第3联（2×22m），上部结构为预应力连续箱梁。
因钢卷运输车上的钢卷脱落，砸到该匝道桥第二联上，造成该桥第二联局部损坏，损坏部分状况如下：
箱梁顶裂缝照片 箱梁翼板底裂缝照片
裂缝分布图
箱梁破损照片 箱梁破损照片
2.2自振频率检测及分析
2.2.1自振频率试验
脉动试验主要测量主桥的自振频率、振型和阻尼比。脉动试验是通过在桥上布置高灵敏度的传感器，长时间记录桥梁结构在环境激励下，如风、水流、地脉动等引起的桥梁振动，然后对记录下来的桥梁振动时程信号。对环境激励下桥梁的响应信号进行多次功率谱的平均分析，可得到桥梁的各阶自振频率。
2.2.2自振频率分析
为了比较分析自振频率，笔者调查该桥验收时静动载试验报告。并根据施工图进行建模计算。通过本次脉动试验对脉动信号进行谱分析，得出C匝道自振频率，并与前次试验值、计算值进行比较。
实测频率结果（一阶）
自振频率计算值（一阶）
本桥的实测桥梁基频为5.176Hz，本桥计算理论基频5.753Hz大，竣工验收荷载试验实测桥梁基频为6.283Hz，自振频率评定见下表：
2.3 小结
由上述计算结果可知，桥梁受损后，自振频率较竣工时有明显的降低，并且低于理论计算值。桥梁自振频率评定由标度2降至标度3。将竣工时实测频率代替理论计算值进行评定时，受损后桥梁自振频率评定标度为4。以此可以判断桥梁本次损伤降低桥梁刚度和承载力。
3结论
本文研究桥梁自振频率与桥梁刚度承载力的关系，得出自振频率的变化可反映桥梁状况。对本文中受损桥梁进行自振频率试验，并与理论值、竣工时实测值进行比较分析。分析结果表明，受损后自振频率下降明显，符合前文研究文献中结论。
桥梁受损后，自振频率较竣工时明显减低，并且降低至理论值以下。桥梁实际刚度从大于理论刚度，变为小于理论刚度。将竣工时实测频率代替理论计算值进行评定时，受损后桥梁自振频率评定标度为4，进一步判定桥梁本次受损对桥梁刚度和承载力的下降影响明显。
参考文献：
［1］公路桥梁动力学。宋一凡，北京：人民交通出版社，1999。
［2］基于模态参数的桥梁状态快速测试与分析。吕立宁，山西交通科技，2018年2月。
［3］桥梁自振特性与承载能力分析。王岐峰、李炎、李万恒、刘文峰，公路交通科技，2005年11月。
［4］自振频率评定桥梁技术状况方法探讨。徐绪绪、熊先波和王振，江西建材，2015年第2期。
［5］既有桥梁承载能力评定方法的探讨。龚江烈，周阳帆，公路工程，2015年第2月。
论文作者:陈能伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/26
标签：桥梁论文; 频率论文; 刚度论文; 结构论文; 标度论文; 状况论文; 能力论文; 《基层建设》2019年第16期论文;