摘要：桥梁载荷试验包括动力载荷试验和静力载荷试验，由动力载荷引起的动效应一般大于相应的静效应。动力载荷试验是指采用动力载荷，如行驶的汽车载荷或者其他动力载荷作用于桥梁结构上，而结构在动载荷作用下的响应与结构本身的动力特性有密切关系，以测出结构的动力特性（频率、阻尼比、冲击系数）。
关键词：桥梁；动力载荷；频率；阻尼比；冲击系数
1 引言
静力载荷试验过程中，在桥梁的固定位置布置车辆载荷，然后测量桥梁所有控制断面的应变和挠度。通过将试验数据与设计理论数据进行比较，以此分析评价桥梁的主要工作性能（强度、刚度）。然而大部分实际使用中，桥梁受到车辆动力载荷的作用更多，静力载荷相对较少。在车辆动力载荷的作用下，桥梁除了发生由车辆载荷产生的静力响应（静应力、静挠度等），还会出现由车辆动力载荷产生的动力响应（冲击、振动等）。桥梁全部结构构件的总响应为静力响应加上动力响应。静力响应的数值与桥梁的静载荷数值和静力特征相关，桥梁结构在车辆动载荷作用下的动力响应则与车辆的动力特征（车货总重量等）、桥梁结构的动力特征、车辆的行驶速度和铺装平整程度等因素相关。
为检验该桥动力特性是否符合设计要求，并为今后桥梁养护管理提供技术依据，对该桥桥梁结构的技术状况进行了动力载荷试验检测。
2 桥梁基本情况
该桥全长187m，孔跨布置为3×30m+3×30m，全桥于0号台、3号墩、6号台处共设置3道伸缩缝。本桥上部构造采用30m预应力砼连续T梁，梁高2.0m，宽1.7m；下部构造桥墩采用双圆柱墩、桩基础，桥台采用柱式台、桩基础。桥型布置图见图2.1。
路等级：二级公路；设计行车速度：60km/h；载荷等级：公路-Ⅱ级；桥梁宽度：1.0m（栏杆+人行道）+6.0m（行车道）+1.0m（栏杆+人行道）；混凝土：采用C50混凝土。预应力钢筋：标准强度fpk =1860Mpa（锚下张拉控制应力为0.75fpk=1395MPa），松弛率为3.5%，公称直径为ФS15.2mm，公称面积为Ay=139mm2。
图2.1 桥型布置图
3 频率
利用环境随机振动——地脉动作为外激励，借助高灵敏度振动传感器及动态数据采集系统，对桥梁竖向地脉动激励响应进行一定时长的采集，然后对所采集的时域数据进行频谱变换分析，通过傅里叶频谱图或者自功率谱图，判定桥梁的竖向基本自振频率和对应振型，为评价桥梁的动态刚度提供依据。
由于大地的振动十分弱小，其包含大量的频率谱，捕捉这些微小的振动需要设备具备高灵敏度、高精确度和强抗干扰能力，还必须具备良好的分析手段和一定的信号处理经验与技巧，以准确识别结构的动力参数。采用大地脉动作为激振来源测试桥梁自振频率，要求系统需满足以下条件：
（1）输入为各态历经平稳随机过程；
（2）被测结构为常系数线性系统；
（3）被测结构各阶模态非耦合。
图3.1 简支梁桥模态测点布置图（由左至右1#~3#）
根据前述方法，布置动态测点，见图3.1，以1#测点为参考点，对所采集的数据进行基于综合频谱技术的分析，所得频谱如图3.2所示，最终频率测试结果见表3.1。
表3.1 频率测试结果
图3.2 测试频谱图
4 阻尼比
采用行车激励法进行测试。采用一辆试验车辆以特定速度驶过桥梁，对桥梁形成冲击，利用拾振器（振动传感器）及动态测试系统，测量该冲击激励所产生的响应（振动速度、加速度或动态位移等任意物理量均可，本次试验采用加速度值），由于阻尼的影响、所测得的响应物理量随时间呈现逐渐衰减的特点，如图4.1所示。在该衰减曲线上取任意两个振幅，按照式4-1进行计算即可得到竖向振动阻尼比。
图4.2 加速度衰减时程曲线 5 冲击系数
采用一辆载荷车辆静止作用于跨中截面，测试对应应变最大值。然后以不同速度匀速行驶通过测试桥跨，测量对应截面的动态应变最大值，据此计算冲击系数。试验车速根据桥梁设计时速、现场条件及实际车况确定。本试验跑车速度分别为10km/h、20km/h、30km/h。
在前述单辆载荷车辆静载作用下，跨中该截面最大应变值，以及不同车速跑车激励试验所得应变最大值列于表5.1，相应跑车时程曲线如图5.1所示。
表5.1 冲击系数结
30km/h跑车时程曲线
图5.1 不同车速下应变时程曲线
6 结论
1、根据动应变测试结果可知，实测冲击系数较小，说明桥梁结构的动力性能、桥面平整度可以满足设计使用要求。
2、该桥实测1阶主梁竖向振动频率实测值与理论值比值1.08，说明主梁技术状态处于较好状态。
3、通过数值计算得出结构的阻尼比为0.55，说明结构有较好的耗散外部能量输入的能力。
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论文作者:李国飞
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/11
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