公路桥梁动力特性试验分析马燕论文_马燕

摘要：本文对公路桥梁在有限元大型分析软件中搭建相应的理论模型,考察了桥跨结构当中的自振特性及其在动载作用下出现联合振动的特性，并加以分析,再据此来对全桥受力的整体情况进行评价,调查桥跨结构的具体工作状态,作为日常进行桥梁养护跟维修的参考依据,并收集、留存桥梁的所有技术资料,确保桥梁数据库里面信息完善。结果显示，解析计算跟有限元计算所得结果基本吻合,这也表明利用有限元进行数值模拟分析所得结果的精确度较高;现场实测结果往往比有限元分析所得结果要大一些,这就表明全桥的整体刚度超过理论计算值,可以满足使用中对刚度的正常需求。

关键词：有限元;动载试验;频率;振型;刚度;

我国自改革开放起加大了经济建设的力度，且因我国城市化的推进，大量不同类型的桥梁喷涌而出，包括铁路桥梁、公路桥梁、铁路与公路的共用桥梁、城市里面的高架桥梁还有立交桥、组合桥等。但这些既有桥梁在时间的推移中，难免出现一定程度的损坏，且其通行量也在一点点地增加，故而对现有桥梁实施检测以及加固就尤为必要。针对桥梁承载力的评定方法不少，对于旧桥而言比较常用的一种检测方法就是的荷载试验。荷载试验又有着动静之分，而且在动载试验当中又有针对动力特性方面的试验跟针对动力响应方面的试验。特性方面的试验需要设置一种激励手段，获取相应的特性参数，包括固有频率及其振型还有阻尼比等等，以此查看整体桥梁的刚度等基本性能。对于跨径不是很大的桥梁，只需要测定其前几阶的固有频率及其阻尼比就行。而响应方面的试验则需要利用某以固定载重汽车多次改变速度在试验桥面上驶过，测算出桥梁结构在不同条件下出现的响应信号，测定桥梁各相应部位、截面的挠度、应变等响应状态。因受试验条件所限，本文只做了一个跳车试验，位置选择在该简支桥梁的1#跨，并据此对全桥的动力特性展开分析。

1实例梁桥概况

选取湖南省内某处的一座简支梁桥作为本次试验对象。其上部采用简支空心桥结构，由宽的片空心板横向组成，下部构造采用的是双柱式桥墩，总计长，桥面宽度为。桥梁具体布置见下图。

图3　全桥整体横断面图（cm）

2　计算振动频率

其自由振动过程中的运动形式符合以下方程：

计算结构本身的固有频率时，我们常会把结构离散为几个有限阶数，并以固有频率的最低值作为结构的基频，对简单结构来说，其基频就可以把结构的整体刚度如实反应出来，故此用基频就足以展开分析了。所有这里只要求出一阶振动频率就行。我们国家的桥梁当跨径不是很大时，基本都是钢混简支结构，桥梁在荷载的长期作用下，难免会出现裂缝，而钢筋一旦裸露会出现锈蚀现象，故而其刚度会有一定的折减，承载力也会因此而降低。本文最终解得=。

3有限元分析

3.1搭建模型

该桥为空心板简支梁桥，利用对该桥搭建单跨模型并展开计算分析，并采用梁单元模拟出全桥模型。先将截面跟材料特性定义出来；再搭建梁单元全桥模型，进而实施梁单元离散；搭建横向的虚拟横梁以便于更好模拟桥梁具体受力状况，让桥梁体现出整体性；简支边界条件留待最后设置，并对恒荷载、活荷载就行定义。自重就是桥梁的一期恒载；而铺装加上防撞护栏的重量就是其二期恒载。由模型可知，全桥共有节点419个，单元539个。

3.2模型结果

振动频率分别对应桥梁的不同振型，对于跨径不是很大的桥梁，只需要对其结构当中的前几阶测定固有振动频即可。正如以上内容所说，对于结构简单的桥梁，只需要知道一个基频就已经可以将结构的整体刚度如实反应出来了，故而利用基频就足以展开分析。运用有限元模型，就可以求取该桥的自振频率及其相应模态，最终得到该桥梁结构固有的自振频率为。

4试验过程

通常需按要求从桥梁中选择其最不适合受力，或者施工质量相对不是很好，又或者是存在缺陷相对较多，还有就是施工记录保存得不是很完备的那种桥跨来作为动载试验的对象。为了能够在检测桥梁的整体刚度时获得更加精确的结果，再加上桥跨本身也不长，还有地形特征方面的限制，本次所做的动载试验最终选择在该简支桥的1#跨上进行。桥梁出现初始激振，进而做自由振动。振动信号由传感器采集并经过放大、滤波处理后，输入动态信号处理系统中。通过自谱分析就可以获取动力特性。本次试验分别选取、跨中以及三个截面展开测试。由试验所得结果可知桥跨的实际基频为，比两种计算结果要偏大一些，这也表明具体桥梁的刚度相对较大。具体的全程波形见图4。

5结果分析

通过以上的模型搭建、解析计算再加上现场试验，获取了该梁桥的基频。由对比分析结果可以得知，有限元计算结果十分接近解析计算所得数值，这一结果足以验证前面所建立的这个有限元模型确实是正确的。而且由现场试验获取的基频明显要比这两种计算获取的基频还要稍微大一些，这也充分表明桥跨结构上的实际刚度远远超过计算值与理论值，完全能够满足设计中对刚度的要求。

图4 监测试验全程所得完整波形图

6　结论

1）该梁桥的实测基频为，现场实测结果大于有限元分析结果，这也表明全桥的整体刚度相对较大，其刚度完全可以满足需求。2）既有桥梁因在之前的使用过程中长期受到荷载的压迫作用，梁体上难免会出现些许裂缝，裸露出来的钢筋表面会出现或轻或重的锈蚀，故而其刚度方面必然会出现不同程度的折减，故而在解析计算时需要予以适当修正。3）通过搭建有限元模型所得基频跟试验所得结果误差不大，这也表明此模型搭建正确，可用于对桥梁动力特性展开分析，所得结果具有具体指导意义。

参考文献

[1]姚国文.桥梁检测与加固技术[M].北京：人民交通出版社，2014.

[2]袁帅，丁子渊，曾廉，杨传建.基于在用RC简支梁桥的受弯刚度估算承载力[J].湖南城市学院学报（自然科学版），2018，27（1）：12-16.

论文作者:马燕

论文发表刊物:《建筑实践》2020年01期

论文发表时间:2020/4/27

标签：桥梁论文;  刚度论文;  基频论文;  结构论文;  模型论文;  有限元论文;  荷载论文;  《建筑实践》2020年01期论文;