对称式连续刚构桥动力性能研究和试验验证

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1、对称式连续刚构桥动力性能研究和试验验证　　摘要：连续刚构桥是墩梁固结的连续梁桥，与同类桥型相比，连续刚构桥保持了上部构造连续梁的属性，但是跨越能力更大，施工难度小，行车舒顺，养护简便，造价较低，因此近些年在公路建设中得到了广泛应用。多跨连续刚构桥在主跨跨中设铰，两侧跨径为连续体系，可利用边跨连续梁的重量使T构做成不等长悬臂，以加大主跨的跨径。典型的连续刚构体系为对称布置，采用平衡悬臂施工方法修建，但是有时由于地域条件的限制，连续刚构体系有时也采用非对称布置。由于连续刚构桥与普通的桥型（如连续T梁）相比，主跨跨径较大，受汽车

2、荷载作用的时间长，车桥耦合振动明显。因此本文以金沙特大桥为背景，对该桥的动力性能进行有限元分析计算，同时进行试验验证，以此得出一些有益于对称式连续刚构桥的结论与建议，同时为桥梁运营以后的健康检测和状态评估提供可靠的参考依据。关键词：连续刚构有限元分析荷载试验动力性能中图分类号：U448.23文献标识码：A文章编号：1.工程概况：金沙特大桥主桥的孔跨布置为86m+160m7+86m，主桥采用变截面预应力混凝土连续刚构箱梁，设计荷载为公路-I级，桥面宽度为11.0m（行车道）+2×0.5m（防撞护栏），地震动峰值加速度取值为0

3、.05g，桥面纵坡为单向2.5%。主桥桥跨布置见图1，主桥结构横断面布置见图2。图1主桥桥跨布置图（单位：cm）图2主桥结构典型断面布置图（单位：cm）有限元分析及计算结果采用大型通用有限元分析软件MIDAS建立了该桥的计算模型并对其动力性能进行了分析。在建模过程中，结合混凝土的材料特性和连续刚构桥的受力特点，为准确、全面分析该桥的动力特性，建模过程中主要考虑了以下几方面的工作：（1）主梁和墩柱混凝土的强度一样，均采用C55设计强度。（2）主梁和墩柱交接处需采用刚域条件进行设置，以保证计算更加接近实际受力情况。同时注重模型

4、边界条件的设置，本桥模型墩柱底部采用固结，两跨边梁端部采用铰接。（3）主梁沿着桥梁纵向梁高不断的变化，需采用变截面进行模拟，同时结构是对称的，建模时可使用镜像功能，提高建模的效率。7由于连续刚构桥节点和单元数量众多，在建模时，通过CAD把墩柱和主梁的主要节点的坐标定下来，然后把坐标导入迈达斯，形成单元，再将单元进行复制镜像，最后形成整个桥的模型。在整个建模过程中，要综合考虑结构的质量，刚度以及边界条件，宏观上把握结构的整体特性，保证桥梁计算结果的准确。该桥模型节点总数171个，单元总数167个，计算模型如图3所示。图3主跨

5、结构空间有限元仿真模型3结构自振特性理论分析方法有限元软件在对结构自振特性进行计算时，首先将结构离散成若干单元；再对每个单元进行分析，建立单元刚度矩阵，最后形成总体刚度矩阵，再对整体结构进行分析。4结构自振特性计算结果本文提取桥梁的前三阶竖向弯曲振进行分析，图4～图6为桥梁结构前三阶竖向弯曲振型计算结果。图4一阶竖向弯曲计算振型（f1=1.00Hz）图5二阶竖向弯曲计算振型（f1=1.36Hz）图6三阶竖向弯曲计算振型（f1=1.96Hz）5结构动力特性试验及测试结果（1）试验方法在结构的特征截面位置布置加速度传感器，J3

6、截面位于主跨的1/4处，J4截面位于主跨的1/2处。桥梁结构的振动频率、阵型等是影响桥梁动力学性能的主要因素，也是结构总体动力特性的一种表现。测试时，在结构的特征截面位置布置加速度传感器和电阻应变片，试验方法为脉动试验、跳车试验和跑车试验。7脉动试验：在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微小振动响应。从而分析出桥跨结构的自振特性参数(自振频率、振型)。跳车试验：采用1台载重车在桥跨结构特征断面，从规定高度的跳木上落下，对桥梁结构进行激励，

7、采集结构余振振动信号，经分析后得到桥跨结构自振特性参数。跑车试验：采用两台加载车辆以不同的速度通过桥梁，采集车辆出桥后桥跨结构的自由振动信号，经分析后得到桥跨结构自振特性参数。（2）测试结果通过测试，得出该桥前3阶自振频率，图7～图9为实测自振信号频谱图。结构自振特性实测结果汇总见表1。表1自振特性检测结果汇总表图7实测脉动频谱图图8跳车余振频谱分析图图920公里跑车余振频谱分析图6结构动力响应试验及测试结果通过对动应变时间历程曲线的计算得到测试截面的应变增大系数，其检测结果见表2，应变增大系数随车速的变化曲线见图10，行

8、车试验部分动力响应实测信号见图11。表2行车试验实测结构动应变增大系数7说明：应变增大系数k为动应变时程信号的最大值与最大静应变之比。图10实测应变增大系数随车速的变化曲线图1130km/h无障碍行车试验动应变时程曲线7动力试验结果分析（1）结构动力特性试验结果分析根据表1可以看出，桥梁实测前三阶竖向弯