(图:如何评估桥墩安全?这一关键项目检测千万要重视)
桥梁在长期运营中,桥墩既要承担上部结构的恒载与活载,又要抵抗水土压力、温度变化等环境作用,其刚度状态直接关系整座桥梁的安全。如何了解桥墩的实际刚度?自振频率检测提供了一条有效路径——结构自振频率与其刚度密切相关,通过实测频率即可对桥墩刚度状态作出科学判断。
一、为什么频率能反映桥墩刚度?
自振频率是结构自身的模态参数,在结构质量与边界条件基本不变的条件下,自振频率近似与结构刚度的平方根成正比—刚度越大,频率越高;刚度退化,频率随之降低。因此,实测频率的变化可以直接反映桥墩刚度状态的变化。
对于桥墩等下部结构,自振频率通常指横向振动自振频率,实测自振频率与基准频率值的比较,分析目前结构的刚度与结构体系或恒载改变的关联程度。
二、桥墩自振频率检测:怎么测?
检测/参考依据:
1.《混凝土结构试验方法标准》GB/T 50152-2012;
2.《混凝土结构现场检测技术标准》GB/T 50784-2013;
3.《公路桥梁荷载试验规程》JTG/T J21-01—2015;
4.《城市桥梁检测与评定技术规范》CJJ/T 233-2015;
5.《公路桥梁承载能力检测评定规程》JTG/T J21—2011等。
测试方法:
1.环境激励法(脉动法):利用地脉动、风等环境微幅随机振动激励结构,不用激振设备、不用中断交通,对桥墩没有损伤,是目前最常用的方法。
2.人工激励法:通过车辆余振、跳梁、力锤敲击或跳车激振等方式主动激励结构,适用于刚度较大、环境激励能量不足的测试场景。
测点布置:按现行规程,测振传感器布设在理论振型的峰(谷)点、固定参考点及振型分界点,避开振型节点,沿墩高合理布置。
数据采集与分析:采集桥墩横向振动信号,用频谱分析法、波形分析法或模态分析法提取自振频率。宜取多次试验、不同分析方法的结果相互验证,单次实测值与均值偏差不应超过±3%,测试结果宜与有限元理论计算结果进行对比。


三、检测结果如何应用?
1.和基准频率比较。基准频率取既往实测值或理论计算值。实测频率接近基准值,说明桥墩实际刚度没降或变化很小;当实测自振频率小于基准频率值的90%时,应分析结构刚度退化的原因。
2.看频率和刚度的对应关系。在质量与边界条件基本不变的条件下,自振频率近似与结构刚度的平方根成正比。实测频率较基准值明显偏低,往往提示桥墩刚度退化,应结合恒载变化、受力体系改变及温度等因素综合分析。
3.按JTG/T J21—2011给自振频率评定标度。该规程第5.9.2条规定,用实测自振频率fmi与理论计算频率fdi的比值对照表5.9.2,确定1~5级评定标度:标度越小,说明实测频率相对理论值越高、刚度状态越好;标度越大,频率偏低越明显,越要警惕刚度退化。桥墩属下部结构,评定界限与上部结构不同:实测频率达到理论值1.2倍及以上才是标度1,低于0.8倍即为标度5。
桥梁自振频率评定标准(JTG/T J21—2011)

4.同时考虑对验算桥梁承载力的影响。频率评定不只是参考,它直接参与承载能力验算。按JTG/T J21—2011第7.7.1条,圬工与配筋混凝土桥梁要综合考虑表观缺损状况、材质强度、自振频率三项检测评定结果,确定承载能力检算系数Z1(三项权重分别为0.4、0.3、0.3);再按表7.7.1-2由评定标度D查得Z1,标度越大,Z1越小,验算承载能力折减越多。所以桥墩频率检测结果应和缺损状况、材质强度一起纳入承载能力验算,为维修加固决策提供定量依据。
四、检测注意事项
1.边界条件:墩底约束、桩土相互作用、上部结构架梁及体系转换状态等,都会影响频率测试结果,应结合具体工况解读;
2.温度影响:温度变化会引起混凝土弹性模量变化,进而影响实测频率,宜在温度相对稳定的时段测试,并结合环境温度记录分析;
3.环境干扰:强风、交通荷载等环境激励变化会影响信号质量,要合理选择测试时段,保证记录时长与信号稳定;
4.综合分析:自振频率反映桥墩整体刚度状态,对局部和浅层损伤的敏感性有限,应结合桩身完整性检测、外观缺陷与裂缝检查、荷载试验等结果综合评估。
写在最后
自振频率相当于桥墩刚度的“体检指标”,中钢国检还可提供桥梁结构现场检测、动力特性测试、桩身完整性检测、荷载试验等技术服务,用实测数据说话,为桥梁施工和运营安全把关。
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