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弹性支承简跨预制预应力混凝土桥的动力试验(论文).pdf

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·953 · 弹性支承简跨预制预应力混凝土桥的动力试验 陈 俊, 肖若鹏, 高 原 (中交第二公路勘察设计研究院有限公司,430056,武汉) 摘 要: 对某高速公路高架桥进行了动力试验,利用偏心质量激振器对桥施加激振,从而获得了振型、 固有频率和阻尼比等动力参数。试验得到的两种主要模态振型是第一垂直模态和第一纵向模态。得到的平均 阻尼比在预应力混凝土阻尼比的范围内,即平均值为 2.12 %,在2 %~3 %内。试验结果与利用 SAP 2000忽 略地基建立的三维有限元模型计算结果吻合较好。固有频率与试验结果的偏差为 8.50 %。从测量数据来看, 弹性支承有效地降低了从上到下结构的加速度 54.62 %和60.22 %。 关键词:预应力混凝土桥;弹性支承;阻尼比;动力试验;有限元分析 中图分类号:TU 74 文献标志码:B 文章编号:1000-4726(2023)08-0953-03 the effectS of geogrid on reduction of reflection cracKing in aSphalt oVerlay CHEN Jun , XIAO Ruo-peng , GAO Yuan (CCCC Second Highway Survey, Design and Research Institute Co., Ltd., 430056, Wuhan, China) abstract: The dynamic test of an elevated freeway bridge in Surabaya has been conducted. Eccentric mass shaker succeeded to apply an excitement to the bridge and hence the dynamic parameters such as the mode shape, the natural frequency and the damping ratio were obtained. The two main mode shapes from the test were the first vertical mode and the first longitudinal mode. The average damping ratio attained is within the range of damping ratio of prestressed concrete where the average is 2.12 % whereas the range is between 2 %~3 %. The test results are closely represented by a 3D finite element model using SAP2000 without modelling the whole foundation. The deviation of the natural frequency compared to the test results is 8.50 %. The elastomeric bearing effectively reduces the acceleration from upper to the bottom structure by 54.62 % and 60.22 % obtained from two measurements. Keywords: prestressed concrete bridge; elastic support; damping ratio; dynamic test; finite element analysis 1 工程概况 我国处在世界两大地震带之间,地震的发生频率 很高,因此,我国的桥梁和建筑等民用建筑多年来一 直遭受着反复的地震破坏。地震作为一种动荷载,会 对基础设施造成破坏,结构健康监测系统应作为建筑 物维护的一部分定期进行监测。 动力试验是评估建筑物健康性能的一种方法,动 力试验包括三种类型:环境振动试验、强迫振动试验、 自由振动试验。由于经济原因,有限元模型已被广泛 用于大型结构的动力特性分析。 随着试验工具的发展,现有结构的健康评估更 加经济,并且可以很容易地检测到损害。偏心质量 激振器(以下简称 EMS)是一种用于大型建筑物激 振的创新工具,通常被称为强迫振动试验(以下简 称 FVTs)。 动力试验常被用来获得结构的动力参数包括固有 频率、模态振型和阻尼比。通过分析固有频率的下降 情况,可以将固有频率作为检测结构损伤的指标, 下降 5 %或更多表示发生破坏,已经有学者研究使用 FVTs 和试验模态分析来检测现有结构的损伤。 在我国,现场测试常使用车辆将动力刺激作用于 一座大桥,但价格昂贵。作为桥梁健康监测的一部分 对某高架桥利用 EMS进行FVTs。它是一座预应力预 制混凝土桥梁,采用弹性支座支撑,现场测试中使用 的 EMS 如图1所示。 图 1 偏心质量激振器 收稿日期:2023–02–21 作者简介: 陈 俊(1981—),男,湖南常德人,高级工程师, e-mail: 3325794@qq.com. 1\54 思1\ 8 O 2023 ?4 8 Vol.54 No.8 Apr. 2023 *1? ? _ Architecture Technology ·954 · 2 研究方法 该桥是一座高架公路桥梁,采用高强度 PC–I 混凝土梁,梁深230 cm。梁通过橡胶支座安装在 一个 4 m宽的桥墩上。图 2是桥的侧视图。采用 ANCOMK–139–10 EMS 对桥进行正弦激振,可在 水平方向和垂直方向施力,最大施力可达 100 kN。 EMS 被放置在桥的中间,这也是桥的中心刚度,同时, 加速度计位于桥柱上(传感器 AC1)和桥跨中间(传 感器 AC4)。 52 900 PaH PaI 图2 某高架桥侧面示意 本研究是基于有限元分析的最大响应发生的地 方。为了确定弹性体的传递率,在弹性支承垫的顶部 和底部分别放置了两个加速度计 AC3和AC2。加速 器可以捕捉结构在纵向、横向和垂直方向各方向上的 响应,而位于桥面底部的振动计只能通过激光来测量 桥的纵向方向。试验进行了两次,以测量柱 PaH和 柱 PaI 的反应。图 3是柱 PaH的测试装置布置。 加速度计 EMS 振动计 AC4 AC4 AC1 AC1 PaH PaI AC2 &AC3 AC2 &AC3 52 900 图3
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