浅析京广线某桥梁自振频率的检测

摘要：对于承受列车荷载作用的铁路桥梁结构, 其动力性能是设计和检定部门关注的重要指标, 而桥梁的自振频率又是研究结构动力性能( 如振幅、动应力等) 的基础，是表征桥梁动特性、检验桥梁动力性能的重要指标。目前，其测试与分析方法比较繁杂，常见的有普通地脉动法、车辆余振法及模态试验分析法(包括力锤敲击及环境激励两类方法)。本文是通过现场采用普通地脉动法实测桥梁自振频率与建立Midas单片梁模型分析自振频率相比较，以此来提高工作效率和检测质量。

关键词：铁路运输；自振频率；检测； 模型

中图分类号：F530文献标识码： A

普通地脉动法是目前最广泛使用的一种方法。试验方法是将超低频测振仪器, 分别安放在被测的梁体上, 通过测取列车间隔较大时的环境激振( 地脉动) 得到的信号, 进行频谱分析, 得到相应梁的自振频率[1]。为了增加工作效率和检验现场测试数据的准确性，在现场实测前，利用Midas软件对现场梁体进行模拟，利用软件分析梁体的自振频率。为此，选择京广线某桥第5孔梁作为检测对象。

一、桥梁概况

京广线某桥为14孔32m预应力混凝土T形梁，标准图号专桥9700，支座为高度0.48m的摇轴支座，片石混凝土T形桥台，片石混凝土圆端形桥墩，墩台基础均为钢筋混凝土钻孔桩。桥上线路直线平坡。现场检测选用第5孔梁。

二、Midas软件模拟分析

单片梁模型简化为两部分，两者之间为刚性连接，上部为板单元，厚度30mm，板宽2050mm；下部为梁单元，截面尺寸基本按照图纸（专桥9700）进行设计；模型整体横截面高2530mm，宽2050mm，按简支梁进行边界支撑。左右两片梁间用虚横梁刚性连接，基本间隔为0.5米。单片梁重（包括防水层）为127.2t。单片梁桥面线路重量以1.6t/m计，人行道及栏杆重量以0.15t/m计，将上部附加荷载转换为质量，以均布压力荷载的形式作用在板单元上。为简化工作量，模型忽略了内部钢筋骨架。模型分析后，计算自振频率为3.24Hz。模型及分析后的自振频率概见图1、图2。

图1模型概图

图2模型自振频率

三、现场测试

根据简支梁的受力特点，通过动力试验拟测取跨中截面的第一阶自振频率[2]。为保证测试精度，现场均采用屏蔽数据线连接仪器设备。

（一）测试荷载

本次测试荷载为过路客、货列车

（二）试验仪器

INV306DF动态数据采集仪、891型测振放大器及拾振器和INVAF-16A低通滤波放大器。

（三）测点布置

在跨中桥面放置横向拾振器，拾取横向的动态信号，分析梁体横向的动力特性。见图3.

图3 拾振器布置图

（四）测试数据

本次共测试过路货车15次，梁跨中横向振幅最大为1.75mm（试验编号19，SS机车，速度71km/h）。共测客车及单机17次，客车及单机通过时，梁跨中横向振幅最大为1.15mm（试验编号11，SS8机车，客车，速度106km/h）。具体数据见表1。

表1 桥梁跨中横向振动试验数据

运用DASP软件中的最大熵谱分析数据，从大地脉动引起的梁振动波形图分析出，梁体跨中横向自振频率为3.42Hz，见图4。

图4 现场实测自振频率

（五）试验要求及注意事项

1、拾振器的安装位置应准确，粘贴应结实、牢固，不易脱落。仪器线路连接应正确安全，保证线路畅通，测试正确。

2、设备使用前应严格按照规范标定，由于桥梁结构振动的频率一般比较低，信号采集系统要有足够的放大倍数[3]。另外，低通滤波器截止频率不宜太高，一般设置为1Hz。

3、测点布置应准确合理。

四、结论分析

《桥检规》规定32米桥跨实测横向最低自振频率通常值f≥90/32=2.81Hz。Midas软件分析自建模型的自振频率为3.24Hz，满足《桥检规》横向最低自振频率通常值要求。现场实测自振频率为3.42Hz,比模型分析的自振频率较大。从而表明改桥刚度满足运营要求，自建模型对于现场自振频率的实测具有较高的指导意义，可以较大幅度的提高工作效率。

参考文献：

[1]郑晓龙，陈克坚，陈建峰，戴晓春.MSC软件应用于铁路桥梁车桥耦合动力响应分析.计算机辅助工程，2006年9月，第15卷增刊:391-394.

[2]谭国金，宫亚峰，程永春，刘寒冰，王龙林.基于有载频率的简支梁桥自振频率计算方法.振动工程学报，2011年2月，第24卷第1期:31-35.

[3]王歧峰，李炎，李万恒，刘文峰.桥梁自振频率与承载能力分析.公路交通科技，2005年11月，第22卷第11期:93-95.

作者简介：危凤海，男，1979年1月，工程师，本科，毕业于石家庄铁道学院，土木工程专业