静动载试验 - --动载报告

第四章 动载试验

第四章 动载试验

4.1 试验目的

桥梁结构的动力荷载试验是研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性。这些测试结果数据是判断桥梁结构运营状况和承载特性的重要指标。桥梁结构的振动周期（或频率）与结构的刚度有着确定的关系。在设计时亦要避免引起桥跨结构共振的强迫振动振源（如风、列车等）的频率与桥跨自振频率相合，引起过大的共振振幅危及桥梁。

某一行车速度下，或所谓接近或达到临界速度时，结构的动挠度和动应力会达到最大，在设计中这种动力放大作用是采用冲击系数来考虑的。冲击系数是桥梁设计的重要技术参数，直接影响到桥梁设计的安全与经济性能，实测并积累有关冲击系数的数据，是桥跨结构动力荷载试验的任务之一。在某振动频率下过大的振幅，会使乘客和行人感觉不舒服。当桥梁自振频率处于某些范围时，外荷载（包括行驶列车、行人，地震、风载，海浪冲击等）也可能会引起桥共振。近年来研究的桥梁结构病害诊断，实际也是以桥跨结构或构件固有频率的改变为根据的。因此，对新建的桥梁、旧桥以及对结构承载能力有疑问的桥梁均需进行动力荷载试验。

本桥结构动力分析采用大型有限元程序ANSYS、MIDAS等，采用梁单元来建立理论模型，全面分析结构的动力特性和动力反应。动载试验主要工况有跑车（行车）和刹车等。

4.2 测点布置与信号采集

4.2.1 振动测试

以该桥为研究对象，振动测点的布置选在各跨跨中、L/4及支点位置。具体振动测点布置如图4.1所示。振动测试采用哈尔滨工程力学研究所研制生产的941B型拾振器。

34

第四章 动载试验

941B型拾振器属于动圈往复式拾振器，也即质量—弹簧（m?k）系统，有4个微型拨动开关。当微型拨动开关1接通时，动圈往复摆的运动微分方程为：

?? (3-1) ???x??kx??mXm?x?、x?、x分别为摆的加速度、速度和位移，?为阻 式中，m为摆的运动部分质量，?x??为地面运动的加速度。此时，电圈回路电阻较小，故阻尼系数，k为簧片的刚度，X尼常数D>1，拾振器的运动部分构成一速度摆，即摆的位移与地面运动的速度成正比，

拾振器构成一加速度计，它的输出电压与地面运动的加速度成正比。 当微型拨动开关2或3或4接通时，摆的微分方程为：

?? (3-2) ???x??kx??mX(m?M)?x式中，M为并联电容后的当量质量，此时，电圈回路电阻较大，故阻尼常数D<1，当M>>m时，拾振器的输出电压与地面运动的速度成正比，构成一速度计。

拾振器用于测量位移（振幅）时，须借助于配套的放大器。放大器是用作放大、积分、滤波和阻抗变换。它也有4档参数选择开关，其中档1和档2为直通档，档3和档4为积分档。使用时，当拾振器上的微型拨动开关2或3或4接通时，放大器参数选择开关置于档3或档4时，仪器输出位移参量。拾振器的测量方向有铅垂向和水平向。

振动测试时，加速度或位移振动信号由941B型拾振器拾取，经相应的放大器放大后，进入北京东方所生产的INV306振动分析仪的数采装置直接进行采集并记录，并可实时在笔记本电脑上观察采集的时程曲线。测试、分析仪器配套使用框图如图4.2所示。

35

第四章 动载试验

柳州BB贵阳0试验跨试验跨试验跨123竖桥向传感器横桥向传感器图4.1 动力测点布置图

顺桥向传感器

941拾振器

放大器 DASP数采系统 图4.2 振动测试、分析仪器配套使用框图

4.2.2 动力系数测试

动力系数（又称冲击系数），是桥梁设计的重要技术参数，直接影响到桥梁设计的安全与经济性能，因此动力系数的测定非常重要。动力系数为结构的绝对最大动位移yd与相应静位移yj 之比，或最大动应变?d与相应静应变?j之比，通常以测定结构动位移yd和动应变?d换算得到。《铁路桥梁检定规范》规定，也可从竖向振动波形获得动力系数：

amax1???1???smax (3-3)

式中， amax——实测最大竖向振幅；?smax——静挠度实测值；?——相应于振动周期T的振幅放大倍数。

36

第四章 动载试验

4.3 行车动力响应测试结果分析

4.3.1 测试方法

利用静载试验加载机车，进行行车动力响应测试。行车速度分别为25km/h、35km/h、45km/h、55km/h、65km/h、75km/h、85km/h、95km/h，每种速度机车往返跑测试两次有效数据。由于黔桂线电力机车还没有运营，试验租用的内燃机车最高速度只能跑到95km/h，

当试验车上桥前开始采样，通过桥梁后停止采样，记录火车过桥产生的振动曲线。行车速度由司机控制，实际跑车时的速度可能稍微有所差别。行车速度表列于表4.1。

表4.1 行车速度表

序号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 十一 十二 十三 十四 十五 行车方向 柳州——贵阳 贵阳——柳州 柳州——贵阳 贵阳——柳州 柳州——贵阳 贵阳——柳州 柳州——贵阳 贵阳——柳州 柳州——贵阳 贵阳——柳州 柳州——贵阳 贵阳——柳州 柳州——贵阳 贵阳——柳州 柳州——贵阳 行车速度（km/h） 25（25） 25（26） 35（36） 35（35） 45（45） 45（46） 55（56） 55（55） 65（66） 65（67） 75（76） 75（77） 85（85） 85（86） 95（92） 37

第四章 动载试验

十六 备 注

贵阳——柳州 95（94） （1）拾振器的档位为位移档；（2）括号内为实际行车速度。 4.3.2 行车动位移测试结果分析

实测该桥在不同行车速度下（同一速度取较大值）的桥跨结构动位移响应结果列于分别列于表4.2，部分实测动位移曲线如图4.3所示。由上述图表可看出：

（1）实测测中跨跨中截面竖向、横桥向振幅为分别2.39348mm、0.88791mm，实测2号墩墩顶最大顺桥向动位移为0.06475mm。

（2）实测中跨跨中截面横向振幅小于《铁路桥梁检定规范》第10.5条限值1.134mm（

64，B为支座中心距2.7m），横向刚度满足规范要求。

20.9?B（3）随着行车速度的增加，各跨跨中竖向动位移响应基本呈现显增加趋势。

表4.2 行车动位移测试结果（mm）

行车速度（km/h） 测点位置 25 A跨跨中 A跨3L/4 B跨跨中 竖向 B跨跨中 B跨3L/4 B跨L/4 C跨跨中 A跨跨中 横向 B跨跨中 顺桥向

2号墩顶 0.68232 0.02453 0.78434 0.02582 0.88791 0.03210 0.6366 0.03828 0.8603 0.03930 0.54278 0.48920 0.42301 0.44220 0.49206 0.47321 0.25341 0.64260 35 0.66343 0.54260 0.49365 0.46378 0.57340 0.53422 0.28670 0.74823 45 0.76529 0.97768 0.52411 0.55250 0.72372 0.86343 0.32432 0.79456 45 0.96079 0.38129 0.57748 1.1322 0.65827 1.31497 0.30637 0.57642 55 1.17286 0.59778 0.79807 0.82073 0.89539 1.47775 0.44041 0.74592

表4.2 行车动位移测试结果（mm）

38

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/la6v.html