行车状态下连续梁桥振动舒适性分析

黄明非

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

行车状态下连续梁桥振动舒适性分析

黄明非

(招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆 400067)

以3跨连续梁桥为工程背景，通过动载试验和测量跑车状态下上部结构的加速度，分析桥梁的动力特征，结合国内外相关规范分析结构在行车状态下连续梁桥振动舒适性，为行车状态下桥梁振动舒适性研究提供参考。通过试验及分析，本桥动力特性正常，桥梁在行车激励下满足Euro code — 1990规范及ISO 10137:2007(E)要求。

连续梁桥; 动载试验; 动力分析; 振动舒适性

0 引言

连续梁桥作为一种常见桥型，已经普遍存在于各级公路中。大量的桥梁兼顾着车行和人行的要求，当车辆通过时，可能导致桥梁出现可感振动并对行人带来不适的心理反应，因此桥梁的振动舒适度显得尤为重要[1]，目前，国内对桥梁在行车状态下的振动舒适度研究较少。本文通过对某3跨连续梁桥进行动力分析，分析桥梁的振动特点，根据现有相关振动舒适性评价方法对在行车状态下的振动舒适度进行评价。

1 桥梁概况

本桥为3×16 m钢筋混凝土连续梁桥，结构特征见图1和图2。各种资料显示当车辆过桥时，桥面各处均能感受到可感振动；当重车过桥时振动尤为明显。

为有效的分析桥梁的人行舒适性，本桥进行了动载试验和行车状态下的特殊检查。分别对边跨最大正弯、墩顶附近负弯以及中跨最大正弯截面进行动应变测试，以分析结构的冲击系数[2]。对中跨跨中截面进行环境激励下的竖向速度采集，分析结构动力特征。对行车状态下桥梁的加速度采集，以分析结构的舒适性；加速度采集截面与动应变测试截面相同，各截面各布置水平纵向、水平横向和竖直向加速度传感器。

图1 桥梁立面布置图(单位: cm)

图2 桥梁平面布置图(单位: cm)

2 动载试验结论

桥梁受检桥跨结构1阶竖向振动频率实测值为6.100 Hz，大于其理论计算值4.192 Hz。跑车工况下，桥梁受检桥跨控制截面实测冲击系数最大值为0.272，实测冲击系数最大值与其动载试验效率乘积的值小于计算冲击系数值(μt×ηdyn=0.125<μc=0.238)[3]。动载试验结果表明： 桥梁受检桥跨结构的动力特性和动力响应性能正常。典型实测应变时程曲线见图3和图4。

图3 边跨最大正弯截面应变时程曲线

图4 中跨跨中截面应变时程曲线

3 振动舒适性评价

目前，我国尚无行车状态下的桥梁振动舒适度的评判标准。因此借鉴相关条文来对本桥进行分析。我国《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ 69 — 95)[4]通过1阶竖向频率必须大于3 Hz这一条件来避免人行桥共振问题。欧洲Euro code — 1990规范[5]对人行天桥的舒适性作了如下规定：无活载条件下结构竖向1阶频率大于5 Hz、横向1阶频率小于2.5 Hz时，可不考虑结构振动舒适性的影响[5]；此外，结构舒适性指标如表1。

表1 Eurocode—1990舒适度指标振动形式最大加速度/(m·s-2)竖向振动07一般使用时的水平振动02满布人群下的水平振动04

国际标准ISO 10137:2007(E)是在综合大量人体振动的研究工作和文献的基础上制定的振动舒适性国际通用标准。其2631条将人体对于竖向振动和横向振动的敏感度按频率高低划分不同的界限值，当桥面的加速度在界限值内时，可认为舒适性达标[6]。如图5。

图5 ISO 10137:2007(E)规定的人行桥梁舒适性 临界曲线(竖直方向)

通过以上介绍可知，国外相关规范认为影响桥梁振动舒适性的因素为结构的自振频率和桥面的加速度值。因此本项目的特殊检查为对行车状态下的加速度进行测试，实测时程图见图6～图9。统计结果见表2。

根据测试结果，本桥人行舒适度满足Euro code-1990规范的要求。本桥理论1阶竖向自振频率为4.236 Hz，对应的加速度限制值为0.3 m/s2；实测频率为6.448 Hz对应的加速度限制值为0.3m/s2；因此本桥人行舒适度满足ISO 10137:2007(E)的要求。

图6 10 km/h跑车工况下中跨跨截面水平横向 加速度测试结果

图7 10 km/h跑车工况下中跨跨截面竖向 加速度测试结果

图8 10 km/h刹车工况下中跨跨截面水平横向 加速度测试结果

图9 10 km/h刹车工况下中跨跨截面竖向 加速度测试结果

表2 加速度最值测试结果(mm·s-2)跑车工况中跨跨截面水平横向竖向墩顶截面水平横向 5km/h跑车213104319210km/h跑车765212062610km/h刹车7781788546墩顶截面竖向边跨最大正弯截面水平横向竖向2002138933658618562365261306

此外，可通过加速度时程曲线判断结构在跑车状态下是否有异常振动出现。当桥梁无车辆荷载作用时，上部结构在监测方向上的加速度时程曲线平稳波动，未见突变峰值；当结构受车辆荷载作用时，加速度值剧烈变化，并在车辆通过铺装不平整处时出现峰值；在刹车工况下，刹车后未重新启动前结构加速度逐步衰减至无车辆荷载作用状态。因此本桥在自然激励和行车激励下结构振动未见异常[7-10]。

4 结论

1) 本桥跑车工况下振动舒适性满足Euro code — 1990规范及ISO 10137:2007(E)的要求。

2) 桥梁上部结构在跑车状态下实测加速度出现较大值，此外结构加速度均为平稳波动，因此可判定本桥无异常振动。

3) 本桥实测的各个动力特性均处于正常状态，但现场仍能感受到较大的可感振动；目前国内外通过自振频率或桥面加速度来评判人行天桥的舒适性，行车状态下的结构振动舒适性评定标准需进一步研究。

[1] 陈阶亮,人行桥振动舒适性评价方法及标准研究现状[J].桥梁建设,2010(1):75-78.

[2] JTG/T J29-01-2015,公路桥梁荷载试验规程[S].

[3] JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范[S].

[4] CJJ 69-95,城市人行天桥与人行地道技术规范[S].

[5] CEB-FIP Model Code 1990,Design Code Comite EuroWternatinal du Beton,Thomas Telford Services[S].

[6] ISO 2631-2,Evaluation of Human Exposure to Whole-Body Vibration Continuous and Shock-Induced Vibration in Buildings[S].

[7] 余东平,方方.多参数桥梁振动监测系统设计[J]. 电子技术应用,2011(5):42-47.

[8] 高岩,沈锐利,柯在田,等.提速对桥梁振动与车辆过桥走行性的影响及其对策[J]. 中国铁道科学,2000(2):20-24.

[9] 刘璐，徐刚，赵川杰，等.罕遇地震作用下铁路连续梁桥抗震分析[J].公路工程，2016，40(6)：111-113.

[10] 李武生，王贵春.基于桥面不平顺的车轿耦合振动分析[J].公路工程，2014,39(4)：98-102.

1008-844X(2016)02-0079-03

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