汕頭海灣大橋整體自振模態(tài)的測試與分析
一、前言
汕頭海灣大橋位于汕頭港的人?,大橋全長2500m,其中主橋長760m,采用154+452+ 154(m)三跨雙鉸預(yù)應(yīng)力混凝土加勁箱梁結(jié)構(gòu)體系,引橋部分除在北副航道處設(shè) 2孔 50m剛構(gòu)外,其余均為鋼筋混凝土多片式T梁,下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式橋墩。
橋梁設(shè)計荷載為汽車一超20級、驗算荷載力掛車一120。大橋具備汽車專用與城市交通雙重功能,其中主橋設(shè)計車速為60kin/h。
由于該橋是我國第一座現(xiàn)代化的大跨度懸索橋,其設(shè)計及施工經(jīng)驗明顯不足,而且該橋又處于高密度的車輛荷載作用下,且入?谔幍某毕⑴_風(fēng)及海洋性氣候?qū)υ摌蛴绊懸草^大。1999年的臺灣大地震也必定影響到該橋,所以對該橋在實際運營條件下動力性能的掌握變得尤為重要。
根據(jù)脈動試驗獲得大型低頻橋梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù),被認為是一種可靠的掌握橋梁動力特性的實用方法。橋梁經(jīng)過一段使用期以后,如果發(fā)生病害或者實際約束狀態(tài)發(fā)生改變,則橋梁結(jié)構(gòu)的頻率和振型等固有特性參數(shù)必定會發(fā)生改變。這樣,根據(jù)前后橋梁自振特性實測值的改變,就可以對橋梁的實際狀態(tài)作出評定。
受汕頭海灣大橋有限公司的委托,鐵道部科學(xué)研究院于1999年11且對大橋進行了首期全面運營監(jiān)測,本文介紹模態(tài)參數(shù)測試部分的分析方法與有關(guān)結(jié)論。
二、該橋用脈動試驗法測試、分析結(jié)構(gòu)模態(tài)振型過程中的幾個關(guān)鍵問題
1. 主橋?qū)嶋H振動頻帶的正確估計
對一個實際結(jié)構(gòu),在動態(tài)測試之前,應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點并結(jié)合可靠的理論計算結(jié)果,對實際可能出現(xiàn)的振動頻帶分布作出正確的估計,這是非常重要的。因為這一步?jīng)Q定了動態(tài)測試中許多系統(tǒng)設(shè)置、采樣參數(shù)配置問題,對合理地采樣分析起到了至關(guān)重要的作用。具體地說,主橋面的振動應(yīng)是兩類振動的合成結(jié)果:
其一是大跨度主橋的整體低頻振動,我們的測試目的正是要把握這種橋梁整體結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)。這種整體低頻的上限按設(shè)計計算將是 1.0Hz,應(yīng)該看到;對于這種大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實際模態(tài)振型是受多種因素影響的,實際結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型對實際約束狀態(tài)是相當(dāng)敏感的,筆耕文化傳播,而實際結(jié)構(gòu)的約束狀態(tài)在有限元計算中是難以準確模擬的,這樣必然造成實際頻率與理論計算頻率上的偏差,有時這種偏差還比較大。因此,我們并沒有充分的理由只按 1.0Hz來考慮采樣頻率的設(shè)置。
主橋面的另外一種客觀存在的振動是局部的較高頻振動,因為主橋結(jié)構(gòu)的特點是每一梁段用 4根吊索與主纜相接,從結(jié)構(gòu)受力上分析,相當(dāng)于每隔 5.7m長度有一個彈性支撐點,這是主橋面上存在較高頻振動的主要原因。
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