粉房湾长江大桥主桥动力特性试验研究

摘要：本文主要介绍了粉房湾长江大桥主桥的动载试验结果，并结合理论计算，对该桥梁结构的动力特性如固有频率、阻尼系数和振型以及桥梁在实际动荷载作用下，结构各部位的动力响应进行分析。我们从大量的实测数据信号中，揭示桥梁结构振动的内在规律，综合评价该桥的动力特性。

关键词：斜拉桥；动载试验；动力特性；试验分析

1 概 述

粉房湾长江大桥主跨为（216.5+464+216.5）m双塔双索面斜拉桥。索塔身采用墩塔固结的钢筋混凝土和部分施加预应力的配筋结构。南北塔身结构形式和高度均相同，塔柱全高均为188.30m（承台除外），索塔形式为宝塔型，分为上塔柱（锚索段）、中塔柱、下塔柱。主桥采用桁架和正交异性桥面板组合体系，由464m中跨和两侧对称布置的216.5m边跨组成，边跨与中跨的比值L1/L2=0.467，主桥全长为897 m。桥共设4对竖向支座，分别设置在交界墩及辅助墩顶，竖向支座兼有抵抗部分向上拉力的功能。主桥共设2对横向抗风抗震支座，布置在桥塔下横梁上。拉索布置为扇形双索面，每塔单索面为14根，全桥拉索共4×14×4=224根。斜拉索采用直径为φ7mm高强度低松弛镀锌平行钢丝，纵向标准间距16.0m，横向一侧间距0.8m，两侧中心间距32.8m。主桥在交界墩顶设置1040mm型钢伸缩逢，两个伸缩缝设在钢桁架梁的两端与引桥交接处。

2 试验内容

2.1 脉动试验

在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则激振源的情况下，通过高灵敏度动力测试系统测定桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微小振动响应，测得结构的自振频率、阻尼比、振型等动力学特征。

2.2 跑车试验

试验时采用4辆重300kN的试验车并排横向对称布置，分别以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h的速度通过桥跨结构，由于在行驶过程中对桥面产生冲击作用，从而使桥梁结构产生振动。通过动力测试系统测定桥跨结构主要控制截面测点的动应变时间历程曲线。得到桥梁主要控制截面测点在不同车速下的最大动应变及冲击效应。

2.3 测点布置

本次动载试验测点布置说明：脉动信号测试点的布置沿桥向布置在桥面上，并且每隔3米布置一个测试点，总共为1#～21#；动应变测试主要选取在主梁跨中界面上弦底板上，总共为H1～H4。

3 动载试验结果

3.1 脉动试验结果

通过脉动试验结果分析，桥梁实测横弯一阶为0.406Hz、实测竖弯一阶为0.498Hz、实测竖弯二阶为0.852Hz、实测横弯二阶为1.130Hz，实测频率值均大于理论计算频率，其与计算频率比值分别为1.12、1.06、1.10和1.14，阻尼比分别为0.897%、1.575%、1.107%和0.744%。

3.2 跑车试验结果

本次跑车试验采用4辆重车匀速通过桥梁，其车速分别为20km/h、30km/h、40km/h、50km/h，共计5个工况。

在匀速跑车试验20km/h工况、30km/h工况、40km/h工况、50km/h工况中，测试截面最大压应变为46.9με（30km/h跑车工况）。各跑车工况下，测试截面实测动应变值正常。

由动应变时间历程曲线，通过分析计算可得到桥梁结构的应变（应力）增大系数，计算公式为：

应变增大系数：

式中： ―最大动应变；

―最大静应变；

―动应变信号半峰值。

由于各跑车试验工况无法保证车辆行驶路线完全相同，各测点应变（应力）的分布规律也不一样，因此为了提高分析精度，静应变分量直接在动态时程信号中求取，即消除动态分量后的最大值作为静应变分量来计算K值。K值反映了移动荷载对桥梁的冲击效应，检测结果如表1所示：

在匀速跑车试验20km/h工况、30km/h工况、40km/h工况、50km/h工况中，测试截面实测应变增大系数分别为1.03、1.03、1.04、1.03。各跑车工况下，测试截面实测应变增大系数正常。

4 结 语

通过本桥的荷载试验结果与理论计算结果对比分析表明，在结构的频率值、振型、动应变值及其他自振特性等方面，实测结果与理论计算结果具有良好的吻合性，桥梁的动力特性能够满足运营要求。

参 考 文 献：

[ 1] JTJ 023-85，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[ 2] JTJ 027-96，公路斜拉桥设计规范（试行）[S].

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[ 4] 李传习，刘光栋等.大跨度桥梁结构计算理论[M].北京：人民交通出版社，2002（6）.

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