基于悬锤系统的简支梁桥冲击系数测试方法适用性

为研究悬锤系统在桥梁动力测试中的应用,以标准跨径简支梁/板桥为对象,采用理论推导、数值模拟与试验验证相结合的方法开展研究。首先,根据达朗贝尔原理推导了车-桥-悬锤系统耦合振动理论方程;然后,基于ANSYS软件编制分析程序进行数值计算,研究悬挂长度、铁丝直径、弹性模量以及悬锤质量对悬锤法测试冲击系数结果的影响,并与支架法测试结果对比,结合响应面分析,针对不同桥型提出了悬锤系统参数选型建议;最后,选取一座30 m简支箱梁桥进行动载试验,分别采用支架法与悬锤法测试挠度冲击系数,验证本文参数选型。结果表明:铁丝直径和悬锤质量交互作用显著;为满足悬锤法与支架法测量冲击系数差值小于5%的要求,铁丝直径以及悬锤质量的最佳取值应随悬挂长度增加而增大。

基于预紧弹簧系统的桥梁挠度冲击系数量测方法

为了提高桥梁挠度及冲击系数测试的稳定性,在传统悬锤法基础上,基于弹簧预紧效应,提出了预紧弹簧法。首先依据车-桥耦合振动理论,以简支梁桥为对象推导了车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动方程,进行了室内试验和系统数值验证;在此基础上分别建立了车辆-桥梁-悬锤系统和车辆-桥梁-预紧弹簧系统的有限元模型,利用数值解法分析了横向风荷载对悬锤法和预紧弹簧法测量主梁挠度及冲击系数的影响;根据建立的车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动系统,研究了影响该方法精度的关键性因素,并给出系统参数选型优化经验公式。最后,以一座30 m预制装配式简支箱梁桥为例,在随机车载激励下,进行支架法、悬锤法和预紧弹簧法3种方法的对比试验。研究结果表明:预紧弹簧法与传统悬锤法相比,冲击系数受风荷载影响较小;无风环境下,预紧弹簧法易受铁丝抗拉刚度、弹簧刚度和悬挂长度的影响,而与初始预紧力值无关;通过合理选用参数,预紧弹簧法能够实现主梁与系统同相位振动;工程实例表明该方法与支架法挠度冲击系数平均误差为6.1%,精度高于悬锤法测量结果,该方法也可为桥梁结构静动载大位移测试提供借鉴。