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乌龙江大桥静动载试验研究

文章编号:1000-2243(1999)03-0035-06

乌龙江大桥静动载试验研究

龚光,林友勤,孙潮,陈友杰

(福州大学土木建筑工程学院,福建福州350002)

摘要:通过对乌龙江大桥的静动载试验,了解桥梁在试验荷载作用下实际工作状态,测定结构的强度、刚度及抗裂性能,从而判断乌龙江大桥整体结构的安全承载能力和使用条件.关键词:乌龙江大桥;静荷载;动荷载

中图分类号:U 44112 文献标识码:A

乌龙江大桥位于福州市东南17km ,闽江下游之乌龙江渡口处,距海口约31km ,是省会福州市南大门的咽喉要道,大桥从建成通车到目前已有28年,由于长期遭受自然条件的侵蚀以及交通量的逐年增长,造成基础冲刷、梳形伸缩缝损坏、桥面铺装层老化等问题,影响大桥使用和行车安全.为了了解乌龙江大桥的强度、刚度及抗裂性能从而判断其整体结构的安全承载能力和使用条件,1999年2月6日对乌龙江大桥进行了汽车静、动试验.

1 静载试验

乌龙江大桥原设计荷载为汽-26,但由于现在交通量的增长,所以静载试验以设计荷载

汽车超-20级为标准,按《公路旧桥承载能力鉴定方法》[1]

要求制定试验方案.111实验项目的确定

通过实桥调查,确定试验测试项目为:

1)测定1号T 构厦门方向悬臂在试验荷载作用下悬臂端的挠度和固定端的应变;2)测定3号T 构厦门方向悬臂在各级试验荷载作用下悬臂端的挠度;3)加载前、加载过程及加载后观测裂缝发展及裂缝宽度.112加载工况的确定

根据T 形刚构加挂梁的受力特点,以考核结构受力及变形规律为重点,加载方式分2种方式加载:①偏心加载;②对称加载.本桥试验荷载效率η=017~110111211工况①偏心加载 偏心加载以1号墩河悬臂根部截面扭距为主要控制加载,荷载纵、横向布置如图1、图2所示.

11212工况②对称加载

对称加载以1号墩河悬臂根部截面负弯距为主要控制加载,汽车荷载纵、横向布置如图3、图4所示.1号T 构加载方式为工况①与工况②,3号T 构加载方式为工况②.

收稿日期:1999-02-26

作者简介:龚光(1959-),男,实验师.

第27卷第3期1999年6月

福州大学学报(自然科学版)

Journal of Fuzhou University (Natural Science )

Vol.27No.3J une 1999

乌龙江大桥静动载试验研究

图1 纵向布置图 图2 横向布置图(未注明尺寸单位:m

乌龙江大桥静动载试验研究

)

图3 纵向布置图 图4 横向布置图(未注明尺寸单位:m )

图5 1号T 构厦门悬臂根部应变片布置图(-表示应变(cm );右侧为上游,左侧为下游)113测点布置

1号T 构河悬臂根部截面尺寸(横截面位于距悬臂根部015m 处)以及应变测点布置如图5所示,应变片贴片方向沿桥纵向.

1号T 构厦门悬臂挠度纵向测点布置如图6所示.1号T 构厦门悬臂挠度横向侧点布置如

图7所示.114测试仪器

M IP 自动采集系统;应变计规格3mm ×100mm ,型号BX120-100AA ,电阻为11919Ω,灵敏系数为2112,采用半桥接线;精密水准仪;读数显微镜等.115实测结果 各应变及挠度测点的测试结果列表1、表2

乌龙江大桥静动载试验研究

1

图6 挠度测点纵向布置图(单位:m ) 图7 挠度测点横向布置图(单位:m )?63? 福州大学学报(自然科学版)第27期

表1 1号T 构河悬臂根部应变值

测点

123456789101112工ε实×10-6-6013272623122-3-11-14-17况

①ε理×10-6-11120283028181-10-12-10-16工ε实×10-6-7225474540224-2-16-17-22况②

ε理×10-6-20235495450311-19-20-17-28测点

131415161718192021222324工ε实×10-6-9213262827121-3-15-11-18况

①ε理×10-6-11120283028170-11-12-10-16工ε实×10-6-12430444345263-4-18-20-25况②

ε理×

10-6-21

2

35

49

53

50

31

1

-20

-21

-17

-28

表2 各测点挠度值

(单位:cm )

位置

点号

1号T 构工况①挠度(实测/理论)

1号T 构工况②

挠度(实测/理论)

点号

3号T 构

挠度(实测/理论)

N ′

3

01000/010*******/01000M ′

3

01000/01000上游

N ′401514/0150701962/01909M ′411007/11920N ′511066/1121011986/21118M ′511868/31879N ′611989/2112431384/31602M ′431444/61009N ′3

01000/010*******/01000M ′301000/01000下游

N ′

4

01532/0152101963/01908M ′

4

01958/11908N ′511148/1125511917/21112M ′511779/31862N ′6

21126/21181

31433/31595

M ′6

31341/51991

2 动载试验

对乌龙江大桥的动载试验目的是测定结构在动载作用下的强迫振动的响应包括振幅及冲击系数从而判断乌龙江大桥整体结构的安全承载能力和使用条件.试验项目为测定1号及3号T 构的动力特性:结构的自振频率、阻尼特性以及强振幅及冲击系数.211试验方案

结构动态性能测试和信号处理方法的确定与测试手段密切相关.本桥试验仪器采用INV -306型大容量数据采集系统作为试验的数据采集设备.数据处理采用东方所DASP 信号处

理分析软件;传感器为891-Ⅱ型及CDJ -6型速度传感器;前置放大为DL F -3型放大器,试验仪器设备连接如图8所示.

1)自振频率特性的测定 自振频率特性的测试采用天然脉动激励法.通过对设置在T

构1L 、0177L 、0L 的三部位3个不同方向传感器及数据采集系统,记录T 构在天然脉动(风动

?

73?第3期龚 光等:乌龙江大桥静动载试验研究

与地脉动)下各方向的振动信号,经分析处理,得出T 构的自振频率及阻尼特性.

2)强迫振动 测定强振幅及冲击系数采用20t 载重汽车以30km/h 与60km/h 的速度驶过桥面,采集T 构的1L 、0177L 、0L 三部位的垂向的振动的信号,经数据处理系统的分析处理,进而得出强振振幅及2种速度的强振振幅比

乌龙江大桥静动载试验研究

.

图8 动载试验仪器设备连接图

212试验结果21211自振特性

1#T 构自振频率与阻尼特性见表3、表4;3#T 构自振频率与阻尼特性见表5、表61

表3 水平方向自振频率与阻尼特性

水平方向(垂直桥轴向)

一阶 f /Hz D /% 二阶 f /Hz D /% 三阶

 f /Hz D /% 

水平方向(沿桥轴向)

一阶 f /Hz D /% 二阶 f /Hz D /% 三阶

 f /Hz D /% 

101952152114311861195112001961107112811711180113620195612211473103210031190196117211281125118011113

0198

2194

1150

2128

2100

1150

0198

2103

1123

1146

1180

1158

表4 垂向自振频率与阻尼特性

测点

一阶

f /Hz D /%

二阶

f /Hz D /%

三阶

f /Hz D /%

111411187118101992133110221142114011811161212911263

1141

1154

1182

1160

2111

1158

表5 水平方向自振频率与阻尼特性

水平方向(垂直桥轴向)

一阶 f /Hz D /% 二阶 f /Hz D /% 三阶

 f /Hz D /% 

水平方向(沿桥轴向)

一阶 f /Hz D /% 二阶 f /Hz D /% 三阶

 f /Hz D /% 

111031187114611132110119801941187114711131182110921103118211481156211111490195116611481156118121163

1103

1169

1147

2129

2111

2145

0194

1169

1148

2129

1181

1113

表6 垂向自振频率与阻尼特性

测点

一阶

f /Hz D /%

二阶

f /Hz D /%

三阶

f /Hz D /%

101981170114711162116018720198118211471141211601913

0197

2147

1147

1160

2116

1106

?83? 福州大学学报(自然科学版)第27期

从表3~表6可以看出,T 构主桥的空间3个方向的振动频率较为接近,基频除1#T 构

竖向的频率在114附近外,其余均在110附近.表明该桥的刚度比钢筋砼简支和连续梁桥刚度小,比悬索桥刚度大,与大跨径钢管砼拱桥较为接近.

从实测的阻尼可以看出,该桥的阻尼比较大,这使结构能较快地消除风致振动和车辆冲击振动.根据有限元空间计算结果,一号墩的空间振动基频1阶为1138Hz ,与实测值较为接近.而3号墩的空间振动基频1阶计算值为0113Hz ,小于实测值,这是因为有限元计算未考虑抛石与覆盖层作用使得结构计算刚度下降引起的,说明基础周围的抛石和覆盖层能起到约束结构变形、提高结构刚度的作用.

表7 1#T 构最大振幅值及幅值比

测点

V 车速=60km ?h -1

 V 位移/m ?s

-1 位移/m

V 车速=30km ?h -

1

 V 位移/m ?s

-1 位移/m

比 值

速度比 位移比

121520×10-

111939×10-221615×10-1212665×10-2

01964018852111815×10-111998×10-221741×10-111994×10-201431110023

918345×10-

3

71602×10-4

71885×10-

3

91380×10-411248

01810

21212强迫振动

最大振幅值及幅值比见表7~表81以1#墩为例,测点1在车速30km/h 和60km/h 时单辆重1412t 汽车作用下的动位移幅值分别为11939cm 和21267cm ,与计算的静载挠度为

0148cm 相比,冲击系数为4104和4172,而现行桥梁规范认为对于跨径大于或等于45m 的钢筋砼梁式桥冲击系数(1+μ)=1101因此,实测值大于规定值,分析认为这是由于所测的结构因伸缩缝严重破坏引起跳动冲击造成的,所以修复该桥的伸缩缝使行车平顺已成为当务之急.

表8 3#T 构最大振幅值及幅值比

测点

V 车速=60km ?h

-1

 V 位移/m ?s -1 位移/m

V 车速=30km ?h

-1

 V 位移/m ?s -1 位移/m

比 值

速度比 位移比

111660×10-111399×10-211841×10-111492×10-20190201938211468×10-111211×10-211377×10-111312×10-211066019233

11796×10-3

11490×10-

4

21006×10-3

11862×10-

4

01895

01801

3 小结

通过对乌龙江大桥的静动试验,可以得到以下结论:

1)从1号T 构的工况①(偏心加载)的实测数据可以看出,上、下游测值相差不大,说明乌龙江大桥这种单箱双室的截面形式,抗扭刚度大.

2)从应变测值可以看出,应变满足平截面假定,实测的中性轴位置距上翼板为448cm 与理论值44913cm 相符.应变的实测值与理论值相比,实测值比理论值小.挠度的理论值大于实测值,说明乌龙江大桥的强度与刚度满足要求.

3)通过对裂缝宽度及裂缝发展情况的观测,观测点的裂缝宽度加载前后没有明显的变化,证明裂缝发展已基本稳定,但从耐欠性方面考虑,建议对裂缝应采用环氧树脂压力灌浆法进行补强.

?

93?第3期龚 光等:乌龙江大桥静动载试验研究

4)从动测数据可以看出,该桥的阻尼比较大,这使结构能较快地消除风致振动和车辆

冲击振动.冲击系数实测值大于规定值,这是由于所测的结构因伸缩缝严重破坏引起跳动冲击造成的,所以修复该桥的伸缩缝使行车平顺已成为当务之急.

参加本项工作的还有陈宝春、陈丽梅、林明生、林英、彭桂翰、陈水盛等.

参考文献

[1]徐日永 ,王博又,赵家奎.桥梁检验[M ].北京:人民交通出版社,1984

Experimental Research of Dead Load and Live Load

of the Wulongjiang Bridge

GON G Guang ,L IN Y ou -qin ,SHUN Chao ,CHEN Y ou -jie

(College of Civil and Architectural Engineering ,Fuzhou University ,Fujian Fuzhou 350002,China )

Abstract :By experiment of dead load and live load of the Wulongjiang Bridge ,the actual working conditions of the bridge under effect of experimental loads are obtained ,and the strength ,rigidity ,and crack -resisting performance of the structure are measured ,thereby the present loading capacity and service conditions of the Wulongjiang Bridge is determined.K eyw ords :Wulongjiang Bridge ;dead load ;live load

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