首页>技术资料>动力荷载试验在桥梁检测评估中的应用
我国现有桥梁中,部分建造年代久远,常年缺乏应有的维修保养,造成桥梁损坏严重、承载力下降,给交通运输造成很多事故隐患. 近年来,随着国民经济的飞速发展,大量低等级的公路被改建、扩建,同时许 多桥梁的承载能力和通行能力已远远不能适应现时交通状况的要求,如果对这部分桥梁都进行拆除重建,势必需要投入大量的资金和人力,严重影响现行的交通秩序,同时产生大量的建筑垃圾,造成巨大的资源 浪费. 如果能够充分利用现有桥梁资源,通过可靠的检测评估手段,对这些桥梁进行科学的加固改造,既能保证或提高桥梁的承载能力和运行条件,又能最大限度地保持现行交通少受干扰;这对降低成本、预防灾害、保证社会交通正常运行都有着非常重要的意义. 另外,公路工程建设的质量也越来越得到重视,竣工桥梁的质量能否达到设计和规范的要求,也需要有相应的评定标准[122 ] . 对服役桥梁结构及新建桥梁承载能力评定最有效、最直接的方法就是桥梁荷载试验,包括动力荷载、静载试验.
1 桥梁动力荷载试验的目的及项目
桥梁动力荷载试验的目的是测定桥梁结构的动力特性,即桥梁结构的自振频率、振型、阻尼比等桥梁结构模态参数;测定桥梁结构在动荷载作用下的强迫振动响应,即桥梁结构的动位移、动应力、冲击系数等. 通过动载试验和理论分析来了解桥梁结构在试验荷载作用下的实际工作状态,判断和评价桥梁结构的承载能力和使用条件,分析桥梁病害成因并掌握其变化规律,分析桥梁病害对桥梁各项性能的影响. 结合 桥梁静力荷载试验结果,对桥梁质量做出合理的评价,为桥梁运营管理及改造提供科学的依据.根据测试目的的不同,桥梁动力荷载试验一般分为脉动试验、跳车试验(冲击试验) 、跑车试验等[1 ] .
(1) 脉动试验. 当桥面上无汽车行驶和其他的周期性干扰力时,在风、地面微振等环境因素的作用下,桥梁所受的激励是平稳的各态历经宽带随机激励. 结构响应的主谐量,是在其固有频率附近的振动,从而通过脉动测试可以确定结构的固有频率.
(2) 跳车试验(冲击试验) . 跳车试验测试汽车跨过15cm 高跳板后制动,测量此时桥跨结构在附加汽车质量情况下的衰减振动,确定桥梁的冲击系数,用以分析桥梁结构的振动性质.
(3) 跑车试验. 桥上跑车试验主要是测试试验汽车在桥上通过时,桥梁结构的强迫振动响应,以及激励后(车辆通过后) 振动衰减情况.__
2 桥梁动力荷载试验的原理
多跨连续梁是线性多自由度体系,在外荷载的作用下产生振动,其过程可以用一个时间函数来描述,将其任意时间的值作为一组抽样记录,这样的函数只能从统计的观点来描述. 随即函数最主要的统计数字
是它的平均值x 、均方值x2 和方差σ2 . 由于这些过程均为各态历经遍历性过程,我们可以通过解振动反应的自相关函数、功率谱密度函数、互功率谱密度函数来分析这些振动反应[324 ] .连续的线性多自由度体系的动力反应可通过解典型方程:
而求得,式(1) 中n 为振型序号. 与正规坐标线性关联的任何反应量z ( t) 都可以利用关系式:
求得,式(2) 中系数由标准分析方法得出.
线性多自由度体系在分布荷载p ( x , t) 作用下的反应z ( t) 的自相关函数可表示为:
线性多自由度体系在分布荷载p ( x , t) 作用下的反应z ( t) 的功率谱密度函数可表示为:
如果一个线性多自由度体系上作用的分布荷载p ( x , t) 对x 和t 均是随机的,则第n 阶振型的广义力函数为:
参 考 文 献
[ 1 ] 刘自明. 桥梁工程检测手册[M] . 北京:人民交通出版社,2002.
[ 2 ] 崔玉萍,杨党旗. 钢—混凝土组合梁桥结构的振动特性测试与计算分析[J ] . 公路,2002 (9) :13216.
[ 3 ] R ·W·克拉夫,J ·彭津. 结构动力学[M] . 王光远,译. 北京:新科技出版社,1981.
[ 4 ] M ·帕兹. 结构动力学[M] . 李裕澈,刘勇生,译. 北京:地震出版社,1985.
[ 5 ] 魏丽华,岳渠德,姜福香. 桥梁结构延性抗震分析[J ] . 青岛理工大学学报,2005 ,26 (6) :27229.
[ 6 ] 沙丽新,阮欣. 桥梁结构健康检测与评估方法发展现状综述[J ] . 青岛建筑工程学院学报,2003 ,24 (4)
