铁路桥梁动载试验.pptx

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1、一、我国铁路桥梁概况一、我国铁路桥梁概况世界上第一座铁路桥梁是随着铁路（英国1825年）的诞生而诞生的，铁桥1825年、混凝土桥1867年、钢桥1874年、钢筋混凝土桥1890年。目前世界上跨度最大的铁路桥为青马大桥（公铁两用、悬索桥），全长2160米，主跨1377米，造价71.4亿港元，1997年建成。第1页/共59页第2页/共59页目前我国大陆跨度最大的铁路桥为芜湖长江大桥（公铁两用、连续钢桁梁低塔斜拉桥），全长10020.96米，主跨312米。第3页/共59页截止2003年末，我国铁路共有桥梁43459座、2705.9086km，其中混凝土桥和混合桥41556座、钢桥1866座。93%的

2、长度为混凝土梁。混凝土梁：主要分为普通钢筋混凝土梁（最大跨度20m）、预应力混凝土梁（简支梁最大跨度64m）和框构梁。从结构形式看，最多的是预应力混凝土梁，占混凝土梁的41.6%；普通钢筋混凝土梁占35.2%；框构梁占19.2%。从跨度上看，32m和31.7m占预应力混凝土梁的46.3%；10m（不含）以下占普通钢筋混凝土梁的55.5%。钢梁：主要分为钢板梁（分上承和下承，常见跨度32m和40m）、钢桁梁（分上承式、半穿式、穿式，常见跨度40m128m）。从结构型式上看，最多的是上承钢板梁，占64.9%。从跨度上看1640m最多，占72.6%。第4页/共59页桥梁设计荷载：1中Z级荷载：分为小

3、于中22级、中22级至中24级、中24级中26级、大于等于中26级四种情况；2中活载（大约相当于中22级）；3ZK活载（大约相当于0.8倍中活载，客运专线，含轻快货车）。第5页/共59页铁路桥梁产生振动的原因：1列车荷载上桥引起的动挠度2移动荷载的周期性效应3轨道不平顺4车轮扁疤5车辆蛇行运动6转向架“摆振”7车辆簧上和簧下质量的振动（客车两系悬挂、货车一系悬挂）8蒸汽机车的不平衡重锤我国铁路运营特点：客货共线、高低速度混跑、部分货车转向架性能较差。第6页/共59页二、试验分类、范围与任务桥梁试验主要分五大类：桥梁试验主要分五大类：（1）桥梁普查）桥梁普查（2）静载试验）静载试验（3）动载试验

4、（含环境微振动试验）动载试验（含环境微振动试验、制动试验）制动试验）（4）运营监测）运营监测（5）施工监测）施工监测测测试试桥桥梁梁范范围围：国家铁路、地方铁路（煤矿、石油、发电厂）、公路、高速公路、市政、轻轨、水利（如三峡工程）、森林。第7页/共59页桥梁试验任务桥梁试验任务的确定，可以分为以下11类：1.旧旧桥桥承承载载力力评评价价：主要是静载试验，病害、老龄（192？年、疲劳累计损伤）、结构薄弱、受力复杂、设计和竣工资料不全、建设年代久远、公路和地方铁路较多、无法或很难按理论计算其承载能力的桥梁。2.大桥定期试验大桥定期试验3.桥桥梁梁峻峻工工通通车车前前验验收收试试验验（建设单位资料完

5、整性，回避责任，在经济能力许可的前提下）4.新新型型车车辆辆试试验验（不同的车对桥梁产生的激励不同，桥梁管理部门会提出疑义。例如以前的C62、P62系列货车由于转向架性能差，速度达到5560km/h以上时，对桥梁激励很大）第8页/共59页5.5.提提速速改改造造前前的的试试验验：为加固的必要性、加固设计提供依据（客 车 160km/h、200km/h、250km/h、300km/h、350km/h，货车120km/h）。6.6.提提速速改改造造后后的的试试验验：是否达到加固目的，确定安全运用条件。7.7.超超载载、重重载载、大大件件运运输输（含含加加固固前前后后）的的试试验验（轴重21t、23

6、t（以后逐步替代21t，没有超过设计荷载）、25t（运煤、铁矿石专线）、30t）（1.不超过中活载；2.超过中活载，只有极少数大件运输车辆）大件运输：发电机定子、转子、高压锅炉、反应器、轧机牌坊，上海黄浦港、天津新港（进口）、德阳中国二重、德阳东方汽轮机厂、德阳东方锅炉厂、重庆ABB厂、富拉尔基中国一重）、西安变压器厂等地发往目的地，轴重不大，但轴多、轴距小。C80货车载重80t，采用铝合金车体，自重只有20t；而其他载重6070t的货车自重却有22-23.6t。转向架性能也好。D38型钳夹式长大货物车辆，载重最大、轴重最多、车辆长度最长，载重380t，自重226t，轴数32根，长度64.81

7、8m，空车最高运行速度90km/h、重车最高运行速度50km/h。第9页/共59页 世世界界重重载载运运输输的的国国家家有有南南非非、瑞瑞典典、澳澳大大利利亚亚、美美国国、中中国国、俄俄罗罗斯斯、印印度。度。目前，世界范围内的货物列车重载运输技术迅速发展，重载运输的国家已经遍及五大洲几乎所有的铁路大国。重载运输技术已被国际公认是铁路货运发展的方向，重载运输取得的效益已由各国实际运输业绩所证实。从1978年第一届国际重载运输大会在澳大利亚柏斯城召开至今已有30年，重载运输从概念的提出到蓬勃发展经历了一个技术不断进步的过程。世界各国重载铁路运输一般均通过增加车辆轴重和扩大列车编组数量提高运输能力和

8、运输效率，长期运行考核证明这种措施既提高了运输收入，又降低了维修成本。目前南非重载运输的列车编组达到216辆、轴重提高到30t；澳大利亚列车编组达到330辆、轴重提高到37.5t，并要进一步提高到40t；北美的车辆轴重达到35.4t；巴西和瑞典的车辆轴重达30t。从目前国际上的发展趋势来看，进一步增加轴重更有利于重载运输效率的提高。南非的重载铁路在设计时，荷载图式在UIC71的基础上，集中力由25t增加到28t、均布荷载由8t/m提高到10t/m,设计荷载标准的提高为后期轴重的增加带来了极大的便利，并且桥梁在运营阶段几乎不用维修。澳大利亚的设计轴重32t。美国现行铁路工程与维修规范活载图式为C

9、ooperE80，两联机车加挂车辆组成，机车最大轴重为36.32t，机车最小轴距为1.524m，车辆均布载重为11.916t/m，特种活载轴重45.4t。美国在提高列车轴重时，系统研究了大轴重桥梁疲劳寿命和桥梁维修的影响。我国大秦线为代表。第10页/共59页8.8.桥梁运营性能存在问题桥梁运营性能存在问题：横向、竖向振动剧烈。9.9.施工和设计有缺陷的桥梁施工和设计有缺陷的桥梁10.10.新新型型结结构构（新材料、新工艺、新结构、新计算方法、新计算理论）桥梁、大大跨跨度度桥桥梁梁、政政治治和和军军事事上上的的重重要要桥桥梁梁（按照铁路技术管理规程规定，对于技术复杂及重要的桥梁，每十年至少进行一

10、次检定。）11.11.为为制制订订标标准准、规规范范、改改进进设设计计参参数数、发发展展桥桥梁梁计计算和设计理论积累资料的试验算和设计理论积累资料的试验 第11页/共59页三、试验依据（1）铁路桥梁检定规范（铁运函2004120号）；在“总则”中规定：本规范适用于客货共线运行，旅客列车最 高 行 车 速 度 为 160km/h、货 物 列 车 最 高 行 车 速 度 为80km/h的标准轨距线路上的既有桥梁，旅客列车最高行车速度在200km/h时，可参照执行。（2）新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定（铁建设函2005285号）；（3）新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定（铁

11、建设2005140号）；（4）新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定（铁建设200747号）；（5）既有线提速200km/h技术条件（试行）（铁科技函2006747号）；第12页/共59页（6）铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）；（7）轮 轨 水 平 力、垂 直 力 地 面 测 试 方 法（TB/T2489-94）；（8）铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范（GB5599-85）；（9）日本铁路结构物设计标准及解说（钢桥、结合梁桥）；（10）招标文件时速200公里铁路动车组进口采购合同（合同号：04JP01GTE3INC0030A）第五章附件2动力学性能试验鉴定方法

12、及评定标准。第13页/共59页四、动载试验目的和任务1.动动载载试试验验：试验荷载以不同速度匀速通过试验桥梁进行动应变、动位移、竖向与横向振动的测定，以了解结构的动力系数、振动特征（振幅、频率、模态振型、阻尼比）等，据以判断结构在动载作用下的工作状态。2.环环境境微微振振动动试试验验（脉脉动动试试验验）：桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，测定桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起的桥跨结构微小振动响应，以了解结构的自振特性（自振频率、模态振型、阻尼比）。3.制制动动试试验验：试验荷载以特定速度运行，在桥上进行紧急制动，以测定荷载制动时产生的构件应力和位移，据

13、以检验结构物在制动力作用下的工作状态。初试制动速度一般司机和试验委托方不同意太高（公路侧滑、伤轮胎，铁路擦伤），可以牺牲初试速度，但要紧急制动。通过上述试验，综合判断桥梁结构的动载承受能力和制订通过上述试验，综合判断桥梁结构的动载承受能力和制订安全运用条件。安全运用条件。第14页/共59页五、试验方案制定和测试内容1实地查勘和试验方案的制定实地查勘和试验方案的制定桥梁动载试验前，应着重对以下各项作实地查勘：1当前结构的技术状态，特别是列车通过时结构的动态状况；2桥上线路的轨型、轨缝位置及宽度，桥枕类型及间距，扣件型式，线、桥、墩三者关系等；3桥址线路平纵断面状况、实际过桥速度和行车密度等，铁路

14、桥应注意调查线路容许最高速度以及当前列车编组。桥梁动载试验方案宜在实地查勘的基础上制定，应包括如下主要内容：试验目的与任务、试验项目和内容、试验孔跨选择、测点布置、试验程序、仪器配备、试验人员组织与分工、试验配合方案、试验荷载与速度、加载控制与安全措施等。第15页/共59页2测试内容测试内容 试验项目可根据不同的结构和具体的试验任务参照下列项目选择有关内容进行：（1）梁体横向和竖向自振频率梁体横向和竖向自振频率；频率是刚度和质量的综合效应，防止共振。竖向共振竖向共振：铁路车辆存在3个距离（轴距、转向架中心距、车长）对应3种竖向加载频率，移动荷载频率，提速后加载频率提高。公路不存在这种问题，汽车

15、轴少，共振发展需要时间，一般47个周期。日本学者对成人、中学生、小学生进行了大量统计，得到的行人的步频分布大体呈平均2步/秒的正态分布，离散性较小。也就是人的步行频率大约是2Hz。我国规定人行桥竖向不低于3Hz。横向共振横向共振：车辆是否处于蛇行运动状态或是转向架性能不梁引起的振动。车辆转向架的蛇行频率应低于1.41Hz（80km/h）。我国C62、P62系 列 货 车 采 用 转 8A转 向 架，该 转 向 架 在 线 路 上 速 度7885km/h时会产生2.5Hz的“摆振”，在桥梁上出现“摆振”的速度会降低到5560km/h。第16页/共59页（2）桥墩横向自振频率；桥墩横向自振频率；判

16、断墩身刚度、基础病害。（3）模态振型（大跨结构、高墩）；模态振型（大跨结构、高墩）；（4）横向和竖向振动阻尼比；横向和竖向振动阻尼比；（5）梁体横向和竖向振幅；梁体横向和竖向振幅；（6）墩顶纵向和横向振幅；墩顶纵向和横向振幅；（7）横向和竖向强振频率；横向和竖向强振频率；第17页/共59页（8）横向和竖向振动加速度横向和竖向振动加速度；铁路是安全性和道床稳定性的要求，公路和人行桥是舒适性的要求，人对加速度敏感。国际标准化组织ISO2631标准从1964年开始研究人体承受全身振动的评价，含整体振动（司机）和局部振动（伐木工人），提出了一系列暴露时间、振动频率、振动加速度大小与人体感受的关系，人对

17、48Hz的频率比较敏感、耐受性最差（晕车），日本学者松本提出人行桥竖向加速度不能0.1g，行人恐慌。第18页/共59页表1振动加速度与人的主观感觉的关系(ISO/DIS2631-1(1994)振动加速度有效值(g)人的主观感觉0.2极不舒适第19页/共59页（9）控制截面的竖向动挠度（含动力系数）控制截面的竖向动挠度（含动力系数）；（10）支座的横向和竖向动位移支座的横向和竖向动位移；公路橡胶支座多，铁路以前主要为钢支座。（11）梁梁体体和和墩墩台台控控制制截截面面、钢钢梁梁主主要要杆杆件件的的动动应应力力、动动应应变变（含含动动力力系系数数）（预应力混凝土梁测试混凝土应变、普通钢筋混凝土梁测

18、试钢筋应变；挠度代表整体，应力代表局部）；（12）机车和车辆脱轨系数和轮重减载率机车和车辆脱轨系数和轮重减载率；以下桥梁要设置护轮轨a.特大桥及大、中桥；（特大桥：桥长500m以上；大桥：桥长100m以上至500m；中桥：桥长20m以上至100m）b.桥长10m及以上，桥上线路曲线半径小于等于600m，桥高（轨底至河床最低处）大于6m的小桥；c.跨越铁路、重要公路、城市交通要道的立交桥。第20页/共59页（13）斜拉桥的索力）斜拉桥的索力；通过频率来换算。（14）裂纹在活载作用下的变化）裂纹在活载作用下的变化；（15）车速）车速。测点布置应目的明确，重点突出，测点布置应绘制图表。第21页/共5

19、9页六、试验荷载 试验可根据不同的试验目的、结构形式及桥梁跨度，采用下列荷载作为试验荷载：1铁路荷载：单机、双机联挂、三机联挂、重车、空车或空重混编列车、特种大型车辆等；2公路荷载：载重汽车、履带式车辆、半挂车、全挂车、特种大型车辆等；3其他荷载：千斤顶、激振器、弹性聚能力锤、环境微振动等。试验要求各种荷载装载正确。公铁两用桥可选择公路荷载与铁路荷载同时或分别加载。重要的铁路桥梁试验，应组织专门的试验列车封锁线路进行。第22页/共59页 列车通过桥梁速度应包括5km/h一个往返、其他速度2-3个往返，以20km/h间隔递增，直到测试要求的最高速度。试验车速偏差一般不超过2%。对于单列货车试验，

20、应要求空重混合编组，车辆不得少于20辆（其中空、重车分别不得少于10辆），空车编在列尾。第23页/共59页七、测试方法1、测试精度的要求测试精度的要求 试验使用的仪器和仪表的性能应满足试验对精度、量程、灵敏度、稳定性、频响特性、使用温度范围和耐振等方面的要求，测试仪器、仪表在现场使用时的主要技术性能应符合其出厂检验标准。试验应根据不同的测试内容和要求，并视具体的桥址情况，合理选用仪器和仪表。阳光辐射与大气温度的变化对测量精度有直接的影响。为减小此影响，应采取必须的措施（如温度补偿片应与被补偿片处于同一温度场）。对暴露在野外的电缆导线接头、电阻丝应变片、各种观测装置等应采取严密的防水防潮措施。为

21、提高测试精度，试验宜避免在雨天进行。测试仪器宜采用可以实现数据采集、信号处理、模态分析等一体化的测试系统，以利现场实时分析。第24页/共59页 应在铁路桥梁梁跨钢轨上布设轮对位置信号。同步输入振动、应力、位移等时域波形图，以便确切分析轨对的激励与结构的瞬时响应关系。测振装置的频率响应应保证被测试结构的随机振动频率始终落在测振系统幅频特性曲线的平坦（3%）区段内。据以评定结构技术状态的主要数据的准确度应符合表2的规定。第25页/共59页表1测试准确度标准相对误差应变、位移5%振动幅值10%自振频率1%当需滤波时，应根据具体情况合理设置低通、高通的滤波截止频率或带通的通频带宽，确保其原始记录波形的

22、真实性。第26页/共59页2、传感器的安装和固定传感器的安装和固定 各类测试仪表必须细心正确安装、粘贴和固定。3、电源的要求电源的要求使用稳压电源，电源的电压和容量符合使用要求。4、仪器的保存要求仪器的保存要求 测试仪器仪表在不使用时，应存放在干燥、少尘、无腐蚀性气体、温差小的环境中，电子仪器还应定期对之通电。测试仪器在非测量状态时必须锁定。在运输过程中要有妥善的防振措施，并注意轻装轻放。5、信号导线的要求信号导线的要求 测试用导线应区别输送不同性质电量（电压、电流、电荷等）的用途，合理选用抗干扰导线。导线接头应慎重处理。长导线对灵敏度的影响应作修正，否则应作系统含长导线联机率定。第27页/共

23、59页6、仪器的率定要求仪器的率定要求 为保证测试精确度，必须定期对仪器进行率定或校正。所用试验仪器，均应在其计量检定有效期内。测试系统宜作系统联机整段率定。现场率定能更确切地反映测试系统在实际测量时的工作状态，因此率定工作应尽可能在现场进行。7、列车在桥上的脱轨系数和轮重减载率列车在桥上的脱轨系数和轮重减载率 当采用剪力法时，钢轨上粘贴的应变片宜采用二轴90正交的应变花。在铁路钢桥上亦可采用应力差法测试水平力和轨腰压缩法测试垂直力。水平力和垂直力的标定工作均应在实桥进行。第28页/共59页8、野外测试的注意事项野外测试的注意事项野外测试应注重下列各点：1）采用电子稳压电源；2）合理布设导线并

24、防止被牵拉和踩踏；3）保证各类接插件和波段开关洁净完好；4）加强仪器对沙尘、风雨的防范；5）仪器尽量远离电磁场、远离振源，必要时采取隔振措施；6）一切屏蔽线和需接地的仪器必须可靠的接地；7）电子仪器工作前，要有足够的预热时间；8）多台仪器同时工作时，要保证不相互干扰；9）测试中应避免通讯工具如对讲机、手机等电磁波的干扰。第29页/共59页9、试验安全的要求试验安全的要求 在试验准备阶段及试验过程中，试验有关人员均应严格遵守有关安全规则，以保证人身、结构物、试验荷载及仪器设备的安全。在做超出线路规定速度的试验时，应会同有关线路人员随时检查铁路桥上及两端线路的技术状态。在执行过程中遇有不测事件时，

25、应立即作出调整甚至终止试验。第30页/共59页八、试验资料的数据处理方法与分析1、试验资料进行整理时应消除系统误差，舍弃因过失误差产生的可疑数据，对时域波形应先预检，去掉奇异项、修正零线飘移、趋势项等误差，以确保数据分析的准确性和真实性。2、试验可以从动挠度、动应力实测波形获得其相应的动力系数。(1)从动挠度波形式中实测最大动挠度值；取本次波形的振幅中心轨迹线的顶点值，或低速（准静态）最大挠度值。第31页/共59页(2)从动应力波形式中实测最大动挠度值；取本次波形的振幅中心轨迹线的顶点值，或低速（准静态）最大挠度值。从动挠度获取的动力系数（以前称为冲击系数）为结构的整体动力系数；从应力波形获得

26、的动力系数为该应力点具体结构件的动力系数。3、对振动波形应进行下列分析：（1）桥梁振动的实际振幅（单峰值）注意波形必须是经过预检，去掉奇异项，修正零线飘移、趋势等误差，并经正确滤波后确认非失真的波形。第32页/共59页（2）结构各阶振动的固有自振频率和阻尼比特性1）由实测时域余振波形的自由振动衰减曲线确定：自振频率阻尼比式中自由振动衰减波形图上量取振幅的整周期波数。2）由环境微振动频谱分析确定：自振频率阻尼比式中处的频带宽；功率谱峰值；0自振频率。第33页/共59页（3）结构强迫振动频率 截取振动时域波形样本中铁路机车和车辆的最大振幅时段的波形段，分别作最大熵法频谱分析，求取机车和车辆对结构产

27、生的强迫振动频率。当该时域波形呈共振形态时，最大熵法频谱分析得出的强迫振动频率即为结构在该荷载下的有载自振频率。（4）列车在铁路桥上的脱轨系数和减载率按如下方式分析：1）最大车辆脱轨系数Q/P：机车、车辆轮对对左右股钢轨同一瞬间产生的最大Q/P值（列出Q与P值）。Q为车轮作用于钢轨上的横向力；P为车轮作用于钢轨上的垂直力。第34页/共59页2）最大车辆轮重减载率值：机车、车辆轮对左右车轮，同一瞬间在左右钢轨上发生的最大值。式中P1，P2实测左右轮重；减载和增载侧车轮的平均轮重；轮重减载量。（5）进行谱分析时，应合理选择时间窗函数，以减少泄漏，在桥梁试验的实际运用中可选择汉宁（Hanning）、

28、哈明(Hamming)、凯塞贝塞尔（Kaiser-Bessel）或其他合适的时间窗函数。第35页/共59页九、评定指标 铁路桥梁检定规范第10.0.2条指出铁路桥梁运营性能检验有两种判别值：（1）行车安全限值：保证列车以规定的速度安全通过，桥梁结构必须满足的限值指标。超过此值时，必须采取一定的确保安全的措施。（2）通常值：桥梁在正常运用中的挠度或振幅实测值的上限、频率实测值的下限。铁路桥梁在运营过程中，如超过此值，应仔细检查桥梁结构是否存在隐藏的病害，同时调查列车曾否产生异常激励（车辆装载偏心、车况不良等）。第36页/共59页铁路桥梁检定规范主要判别值如下（见第10章）：(1)跨跨中中横横向向

29、振振幅幅的的行行车车安安全全限限值值：详见铁路桥梁检定规范表10.0.5-1；钢筋混凝土梁、预应力钢筋混凝土梁Amax5%=L/9000(2)梁体横向振动加速度梁体横向振动加速度：1.4m/s2；(3)跨跨中中竖竖向向挠挠跨跨比比（静活载，扣除支座竖向位移，换换算算至至中中活活载载）的的通通常常值值：详见铁路桥梁检定规范表10.0.3；普通高度钢筋混凝土梁（1/4000）、低高度钢筋混凝土梁（1/1900）；普通高度预应力混凝土梁（1/1800），低高度预应力混凝土梁（1/1300）(4)梁梁体体横横向向振振幅幅和和横横向向自自振振频频率率的的通通常常值值：详见铁路桥梁检定规范表10.0.5-

30、2；预 应 力 混 凝 土 梁：跨 中 横 向 振 幅 Amax5%=L/7.0B(mm)（货 车 重 车，车 速 80km/h）、L/20.9B(mm)（客车，无缝线路，车速120km/h），横向自振频率90/L(Hz)(5)墩墩顶顶横横向向振振幅幅及及桥桥墩墩横横向向自自振振频频率率的的通通常常值值：详见铁路桥梁检定规范表10.0.7-1、表10.0.7-2和表10.0.7-3。第37页/共59页既有线提速200km/h技术条件（试行）规定梁体挠度（中活载，双线桥梁双线加载）应满足下表：跨度L（m）L2424L4040L96挠度限值单跨L/1000L/900L/900多跨L/1400L/1

31、200L/900新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定规定梁体挠度（中活载，双线桥梁双线加载）应满足下表：跨度L(m)L2020L5050L7070L96挠度限值单跨L/1000L/900多跨L/1400L/1200L/1000L/900第38页/共59页新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定规定梁体挠度（ZK活载，双线桥梁双线加载）应满足下表：跨度L（m）L2424L4040L96挠度限值单跨L/1300L/1000L/1000多跨L/1800L/1500L/1200新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定规定梁体挠度（ZK活载，双线桥梁双线加载）应满足下表：跨度L（m

32、）L242480挠度限值单跨L/1300L/1000L/1000多跨L/1800L/1500L/1000上述规范对梁端转角也有不同规定此处从略，分有碴、无碴，可以通过梁体挠度换算。第39页/共59页 新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定设有纵向坡度的桥梁，由于活动支座水平位移引起的梁缝两侧钢轨支承点间的相对竖向位移不宜大于1mm。相邻梁梁端两侧的钢轨支点横向相对位移不应大于1mm。铁 路 桥 涵 设 计 基 本 规 范 钢 梁 设 计 动 力 系 数 为1+28/（40+L）。混凝土梁的设计动力系数为：当填土厚度h1m（从轨底算起）时，不计列车竖向动力作用；当h1m时，动力系数计算

33、公式为：，式中，L以m计，除承受局部活载的杆件为影响线加载长度外，其余均为桥梁跨度。铁路桥梁检定规范、新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定均采纳此动力系数。第40页/共59页新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定和新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定采用ZK活载，其动力系数为：剪力动力系数：；弯矩动力系数：。既有线提速200km/h技术条件（试行）规定简支梁横向自振频率(Hz)不应小于nh：nh60/L0.8(Hz)适用于L64m的混凝土梁、下承式钢桁梁、钢板梁。第41页/共59页新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定、新建时速200公里客货共线铁路设计暂

34、行规定和既有线提速200km/h技术条件（试行）规定简支梁竖向自振频率(Hz)不应小于n0：新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定规定简支梁竖向自振频率（Hz）不应小于n0：L为简支梁跨度（m）。第42页/共59页 新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定、新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定、新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定、既有线提速200km/h技术条件（试行）和铁路桥涵设计基本规范对道碴桥面强振频率不大于20Hz的竖向振动加速度的规定是：a0.35g。新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定、新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定和既

35、有线提速200km/h技术条件（试行）对无碴轨道和明桥面强振频率不大于20Hz的竖向振动加速度的规定是：a0.50g。第43页/共59页 铁路桥梁检定规范、新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定和既有线提速200km/h技术条件（试行）规定支座横向位移不应大于1mm。日本铁路结构物设计标准及解说（钢桥、结合梁桥）端横梁的拼接纵梁位置处的挠度限度值2mm（新干线）、3mm（既有铁路130km/hv160km/h）、4mm(既有铁路v130km/h)。新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定、新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定和新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定规

36、定脱轨系数应不大于0.8、轮重减载率应不大于0.6。铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范规定车辆脱轨系数第一限度为1.2、第二限度为1.0；轮重减载率第一限度为0.65；第二限度为0.60。第44页/共59页 新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定、新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定和新建时速300350公里客运专线铁路设计暂行规定规定轮轨横向力（一个轮对上两个车轮的横向力之和）应小于80kN。时速200公里铁路动车组进口采购合同附件动力学性能试验鉴定方法及评定标准规定轮对横向力小于10+P/3kN（P为静轴重）。土木工程振动手册(伯野元彦(日本)主编，中国铁道出版社1992

37、年版)以及国内外一些原型桥梁试验的结果表明，钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土梁的阻尼比为2%6%（钢筋混凝土梁一般为4%，比预应力钢筋混凝土梁大2.5%），钢桥0.2%3%(一般为2%，钢桁梁竖向比横向大)。国外有资料表明混凝土梁的裂纹会使得阻尼比增大。（桥梁结构的阻尼由两部分组成：一部分为内阻尼，与结构材料的性质有关，可假定为粘滞阻尼；另一部分为外阻尼，是由于结构、构件、支点及支座的外摩擦引起的，属非线性阻尼。在计算和试验测试中，通常都不加以区分，按照粘滞阻尼假定，综合叠加在一起。）第45页/共59页十、结构技术状态的评定与试验报告1、结构技术状态的评定结构技术状态的评定（1）梁式桥跨竖向刚度评

38、定（2）梁式桥跨横向刚度评定（3）墩台横向刚度评定2、试验报告试验报告应包括下列主要内容：（1）文字部分1）试验目的与要求2）试验桥梁概况 主要内容：桥名，中心里程，试验孔跨，测试孔跨，测试孔跨的类型、图号，横隔板数量（是否是预应力），支座类型，固定支座的方向，直曲线桥（曲线半径），单双线桥，钢轨类型，是否是无缝线路，桥枕类型，填土厚度（从钢轨底到梁顶），墩高、墩全高、地基土特征、基础类型（桩基础、扩大基础、沉井基础）、墩身形状、墩身横向平均宽度，测试日期，天气情况（气温、下雨否、大风否等），桥梁照片。第46页/共59页3）试验项目、测试方法、试验仪器设备和精度；4）试验荷载、试验速度；5）试

39、验成果及其分析；6）技术结构和建议。（2）图表部分1）试验桥梁的平面与立面图；2）测点布置图与测试框图；3）特征数据的实测图形；4）特征数据的频谱分析图；5）模态振型图；6）其他有关成果图表。第47页/共59页分析评定细节：分析评定细节：1横向、竖向和扭转的自振频率和阻尼特性可用环境振动法、自由振动衰减法、调频激振器共振法或激振模态分析法（后两者较难实施）测得，并进行不同方法的对比确认。频率分有载和无载自振频率。一般关心一阶频率，大跨度桥要考虑高阶频率和振型。竖向自振频率可以采用人跳击后的余振。2跨中竖向挠跨比及动力系数 注意扣除盆式橡胶支座的竖向位移。5km/h标定时（准静态）的跨中挠跨比（

40、换算至中活载）。分析挠度动力系数与车型、行车速度的关系。第48页/共59页3跨中横向振幅 分析跨中横向振幅与车型、行车速度的关系。空重混编货物列车试验分别给出重车部分和空车部分的跨中横向振幅最大值。根据谱分析给出横向强振频率。主要用于信号是否失真（最大值处还须判断一个强振周期的频率）、是否发生横向共振。4跨中竖向振幅 分析跨中竖向振幅与车型、行车速度的关系。根据谱分析给出竖向强振频率。主要用于判断移动荷载列效应是否引起桥梁共振。5墩顶横向振幅 分析墩顶横向振幅与车型、行车速度的关系。6.支座横向位移 分析活动支座横向位移与车型、行车速度的关系。第49页/共59页7.桥面横向加速度 铁 路 桥

41、梁 检 定 规 范 未 明 确 滤 波 频 率，暂 按10Hz（与车辆构架横向加速度一致）、40Hz低通数字滤波。8.梁体动应力（不需判断强度）给出钢筋或混凝土的应力大小、应变动力系数。9.脱轨系数和轮重减载率（1）两根钢轨的横向力均向轨道内侧的数据不采用。（2）注意钢轨横向力一定要一根轨向外，一根轨向内，并是按照向外的钢轨横向力计算脱轨系数。（3）按照“机后第X位车的第X轴”的格式给出脱轨系数和轮重减载率，对于混编货物列车试验注意写明是重车还是空车。（4）分析脱轨系数、轮重减载率与车型、行车速度的关系。第50页/共59页10轨枕竖向加速度不作数字滤波，但需要写明仪器的滤波频率。11原始数据表

42、要注明测试月日、车次编号、试验车类型、行车方向、速度。12报告采用的专业述语严格按照相关标准和规范，例如：动力系数、振幅、自振频率、环境微振动法、自由振动衰减法。13挠度、位移、振幅精确到0.01mm，应变精确到0.01，应力精确到0.01MPa,加速度精确到0.01g，频率精确到0.01Hz，试验车速精确到0.1km/h。第51页/共59页十一、仪器使用1应变片应变片粘贴牢靠、方向正确、固定良好、绝缘度达到规定值。粘贴电阻丝应变片的构件部位要求平整，对钢材光洁度要求5。在测试时，电阻丝应变片与构件间的粘贴层必须保证充分干燥有效，干燥程度可用兆欧表测量其对构件的绝缘度来检验。绝缘度标准视片基材

43、质和标距而异，其绝缘值应符合表1的规定。第52页/共59页标距(mm)绝缘电阻(M)纸基树脂基100200300表1应变片绝缘度标准测试时域波形基线应稳定在5以内。2动态电阻应变仪（应力、挠度、位移）(1)接地（桥盒、主机）(2)电缆（屏蔽良好、粗度合适、内部不缠绕、外部不盘卷）(3)截止频率第53页/共59页3位移计位移计(1)安装方向正确（垂直）(2)标定4891传传感感器器（振振幅幅和和频频率率，国国家家地地震震局局工工程程力力学学研研究究所所生产）生产）(1)安装方向正确（垂直、水平）(2)安装方式：与被测结构良好接触，确保无相对位移。（a）长期：安装底座+914胶（b）短期：石膏、5

44、02胶、704胶、橡皮泥（注意胶的刚度）(3)传感器量程选择：应根据预计的结构物最大振幅和振动频率参数正确设定传感器的测量档位，使其最大量程和通频带符合被测结构的振动特征。从最小量程用起。(4)运输保护：短路+1挡。(5)频率响应特性：0.8100Hz。第54页/共59页5数据采集和分析系统数据采集和分析系统(1)即时接地(2)采样频率（1）行车试验：当试验分析仅要求作时域分析时，可取：当试验分析仅要求作频域分析时，可取：当试验分析要求既作时域分析又作频域分析时可取：fmax为信号频率的上限。第55页/共59页 （2）环境微振试验（脉动试验）：桥梁环境微振动测量应选择场地环境最安静时刻进行，持

45、续时间一般不短于30min，困难时不得少于15min，至少进行2次测试。原理：桥梁结构在环境扰动作用下（桥面无任何交通和人群荷载、桥址附近无规则振源），例如风荷载、地脉动、水流等的随机荷载，虽然引起结构振动的振幅微小而不规则，但脉动响应所包含的频率成份相当丰富（0200Hz），它不需要任何激振设备，又不受结构形式和大小的限制，可以用来确定结构物固有动力特性（自振频率和振型）。但结构自振频率大于15Hz时很难识别。第56页/共59页十二、公路桥梁动载试验的不同相关标准相关标准JTGXXX-200X公路桥梁承载能力检测评定规范JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范与铁路桥的不同与铁路桥的不同1

46、公路桥梁应分别进行中载和偏载行车。2公路桥梁应进行跳车激振试验，一般采用近于检算荷载（标准荷载）重车的单辆载重汽车，试验时，当单辆载重汽车的后轮在指定位置从高度为15cm的三角形垫木突然下落对桥梁产生冲击作用，激起桥梁的竖向振动。跳车试验时可以根据自由振动衰减振动测试桥梁自振频率，但注意此时测试的是有载自振频率，要修正。第57页/共59页3铁路桥梁中的动力系数在公路桥梁称为动力增大系数，动力增大系数-1称为冲击系数。4桥上和桥头路面质量（含伸缩缝状态）对试验影响较大，应注意记录和分析。5公路桥梁以静载为主，铁路桥梁以动载为主。6公路桥梁不关心横向动力性能。第58页/共59页感谢您的观看！第59页/共59页