深水桩基施工振动对既有桥梁的影响研究

'国内图书分类号：U443．16国际图书分类号：西南交通大学硕士研究生学位论文深水桩基施工振动对既有桥梁的影响研究年级：2QQ主姓名：蓝盎盟申请学位级别：亟±专业：播鎏皇隧道王猩．．指导教师：差主召亡2007年3月 西南交通大学硕士研究生学位论文第fI页AbstractWiththecontinuousconstructionsofbridgesinrecentyears，asalifelineproject，theconstructingoscillationofthesebridgeshavebecomeanincreasinglyseriousproblem，Intheurbanconstructionespeciallyintheextensionproject，theapplicationofpilefoundationhasbeenalreadymoreandmoreextensive．Butbecausepileconstructionisoftenacompelledvibrationcourse，soitregularlyinvolvesnproblemthattheprojectshakingleadstothesafeassurancequestionsofbuildingfacilities、livesandpropertiesaround．Thedevelopmentofthetechnologyoftheprojectvibrationtestshasofferedscientificsupportforsolvingthiskindofproblem．Butbecauseofthecomplexityofthevibrationcourseunderground，howtoconfirmtherationalcalculationmodelandoptimizethemeansoftestingandthemethodofestimatingisthekeypointofexaminingoscillation．ThisthesisusesFo·Kaihigh··speedextensionprojectthatthevibrationofbasicconstructioninJiujiangbridgemainmoundasthebackground，havemainlyfinishedthefollowingaspects：(1)ThroughcontrollingthedegreeandrangethatthebasicconstructionofextendingJiujiangbridgemainmoundaffectstwoexistingJiujiangbridgespierpileonitsbothsidesandtheupperstructureofbridges，weconfirmtherationalmonitoringscheme．(2)OnthebasisofevaluatingthesituationoftwomainJiujiangbridgesbeforeandafterconstructingonthebridgemainmoundextension。thruughcalculatingandanalyzingthemotiveforceperformanceofunderconstructingperturbation，thisarticleestimatesthesecurityofthetwoexistingbridgesduringworkingandevaluatestheeffectsbroughtbytheconstructionofextendingJinjiangbridgemainmoundinanall·roundway．(3)ThisthesisofferssomeconsultingsuggestionsforabasicconstructionmethodandcraftofextendingJiujiangbridgemainmoundinrealtime，andassuresthesecurityoftheexistingbridgesduringconstructingfinally． 西南交通大学硕士研究生学位论文第1lI页KeyWords：Pilefoundation；Vibrationtest；constructingoscillation；Safety 西南交通大学硕±研究生学位论文第t页第1章}绪．论1．1施工振动对既有结构影响的研究现状现在我国的基础建设越来越多，并在建设中用到了大量的建筑机械．由于很多场合机械的施工现场离现有的的建筑物很近，而且很多机械采取的是振动式的工作原理，它们工作时产生的振动往往很大．这些因素导致了建筑机械工作时对现有的设施会有一定的影响．目前我国由于建筑振动带来的民事纠纷日渐增多，这一方面是人们保护自己合法权益的意识有了提高，另一方面也说明振动的确给人们的生活带来了很多不便，严重的甚至危及既有建筑物结构的安全．机械振动到底对建筑会造成多大的影响，目前我国还没有标准，而且这方面的研究也不多，因此对这些施工振动引起周边建筑物、构筑物、设备影响破坏的程度及对人体、环境影响的程度进行测试、分析与评价。是当前在工程建设中急需解决的技术与社会问题．1．2既有桥梁结构在桩基施土振动影响下的研究随着城市建设的迅速发展，桥梁施工采用桩基础增多增深，因而打桩所产生的振动能量不断提高，打桩振动对周围建筑物产生较大的影响，伴随着这些操作过程会产生不同程度的振动问题，振动对周围既有建筑物的危害很大．振动如何危害建筑物，常出现哪些振动源，振动源影响的范围多大，如何减少这种危害。值得重视．在江河，深海的水中的桥梁基础施工，或是在软弱、易坍塌的地层中施工，常采用深基础来提高承载力，其中以桩基居多．由于钢护筒的作用，极其复杂的地层施工环境。而桩基施工会对其邻近既有桥梁及建筑物产生一定的影响。严重时会导致邻近桥粱、房屋倒塌等严重事故。为全面了解桩基施工对周边既有桥梁及建筑物的振动破坏机理，寻求合适的施工控制标准，以最大限度地减小对周边环境的影响，不少科研工作者开展了有关的测试分析和评价研究工作，取得了一些成果．目前我国桥梁桩基础施工广泛采用的工艺的施工过程就是用振动锤将钢管沉至岩层。并将管内土挖空减少下沉摩擦阻力，然后继续用振动锤插打 西南交通大学硕士研究生学位论文第2页直至无法下沉为止。然后继续人工挖孔和浇注砼衬壁，直至桩孔施工完毕，然后完成桩的钢筋混凝土浇灌工作．该工艺实施的工作能取得较好的止水效果，确保人工挖孔顺利进行．振动锤运转时，在偏心锤的作用下产生了高频振动。高频振动力通过液压夹持器作用于钢护筒，再由钢护简传给与其接触的地层，使接触地层的接触面产生．振动锤、夹持器和钢护筒在激振力和自重的作用下。不断沉入地层，直至沉到不能产生液化的岩层为止．锤击沉管桩在施工过程中，对环境的影响主要为振动、挤土和噪声，其中最主要的影响为振动。目前，对既有桥梁振动破损机理的研究还不够透彻，但总的来说，既有桥梁对振动的敏感程度与桥梁的基础型式、地基和建筑材料中波的传播特性以及振动历时及其幅频特性等因素有关．要精确地确定既有桥梁及建筑物的容许振动，其分析过程十分复杂又不实用，常采用的指标有最大加速度法、速度峰值法和质点速度拟矢和等。国内外的工程实践表明，地面质点峰值速度与结构物、建筑物的破坏程度相关性最好，所以，在衡量既有桥梁及建筑物的振动效应时，国内外绝大多数采用质点速度作为控制标准。我国的规范也是采用地面质点振动速度作为判别标准。锤击与振动法沉桩引起的地基振动问题，经专家们通过理论与实践的研究分析得出以下结论：此种施工振动与地震或爆破相比既有相似点也有差异处，如能量均以波的形式通过岩土从震源向外传播，并由此引起地基和既有桥梁及建筑物的振动；地基振动参数均明显地受地质、地形等因素的影响；地基振动强度均与震源相关等，是它们的相似点．它们的差异处主要反映在：(1)业已记录到的地震最大的加速度约为1．39’而爆破测得的地面振动加速度高达25．39，施工振动虽幅值高，但由于衰减很快，其破坏区的范围十分有限；(2)地震的主频率一般低于5H：，而爆破和锤击、振动法沉桩产生的地基振动主频率大多处于10-30H,：(3)爆破振动的主振段持续时间比地震要短的多．一般不超过0．5S，而在沉桩地基中，虽单击振动历时较短，但因间隔小、击数多，其折算施工振动的持续时问比地震长得多，尤其是这种机械作用所产生的冲击能载荷属于往返作用次数非常大的疲劳荷载，其特点是在荷载作用期间幅值几乎不变，且每次往返作用的周期也不变．在了解机械振动与地震，爆破相似与差异点的基础上，进而分析沉桩施工引起对既有桥梁及建筑物的影响问题。依据专家们已研究分析的成果，在沉桩过程中，桩侧土按被扰动 西南交通大学硕士研究生学位论文第3页影响程度可划分为以下四个区域(如下图I．I>：l区——为沿附于桩身边缘的硬层区，厚度仅约为l厘米，它是在沿桩挤压力作用下形成的，土中的孔隙水压力大部分已被挤出。II区——为重塑挤密区．厚度约为1．2倍桩径，其土体在挤压力作用下被扰动和重塑，并使密实度提高，而离地表浅层土向上隆起．ⅡI区——为扰动区，厚度约为3．5倍桩径，其土体结构受到的扰动程度随着与H区距离的增大而减弱直至基本消失．士的平均密度有所减少，含水量大，孔隙水压力增高。Ⅳ区——为影响轻微区，其中沉桩引起的附加应力和孔隙水压力较小，土的原始结构基本上保持不变，只是浅层土的密度有可能因振动而发生细微的变化．I7Iv区戮∥l彩缀1。区么I区IlD桩侧土的扰动区’图I．I桩侧土的扰动区目前专家运用实测数值和拟合分析研究桥梁桩基础施工振动对邻近桥梁及建筑物的影响，得出由锤击引起的地基振动竖向速度峰值Vz(mm／s)与额定锤击能量E0(D，距离R(m)，的关系为：Vz=K(佤／R)‘式中：K和11均为经验系数，n的取值范围为1．08．1．525，K的数值与地基土的特性以及桩体广义波阻抗pCA有关，r桩体质量密度，C--／玉,缩波速，A--横截面面积。Vz的计算数值如下表1．1：对施工现场邻近的桥梁及建筑物来说，引起的地基振动应受到相对于锤击法更严格的限．其面波竖向分量的振幅按下式计算： 西南交通大学硕士研究生学位论文第4贫Ar--Ao，f叫r0“(r-re)Y，’式中：At--距震源r处的竖向分量的振幅Cmm)：加一距震源％处的竖向分量的振幅(mm)，a一土的能量吸收系数(1／m)．对很强的粉质粘土，粘土为O．04．0．06(1／m)，取0．05(1／m)，其计算结果(如表1．1)．从计算结果可知，无论是振动速度。或是振幅，在近震源处3m内均小于国内外所推荐或规定的允许值。表1．1R(m)l234579Vz(mm／s)1．8O．91O．60．45O．360．26O．20r(m)1234579Ar(mm／s)O．39O．26O．20o．170．14O．1lO．091．3本论文的主要内容首先对结构动力反应分析的基本理论和方法进行回顾与综述，在明确理论分析方法的基础上，对九江大桥建立主墩桩基础施工振动安全监测的控制体系，运用旄工安全监测体系进行信息采集，再进行信息分析．通过掌握九江大桥扩建主墩桩基础施工振动对两侧两座既有九江大桥桥墩桩基及桥梁上部结构的影响程度和范围，确定合理的监测方案．采用大型有限元软件MIDAS建立结构有限元模型来模拟施工振动，输入模拟主墩桩基础施工振动的地震动进行计算，通过验算既有两座九江大桥主桥的动力性能等，得出模拟地震动的容许限值，由此可得安全监测控制目标理论值，所得理论值由主墩、承台、索塔等控制截面测点的振动加速度、振幅等系列数据组成．通过实测既有桥梁结构的振动速度、加速度、振幅和有限元理论计算相结合的方法对两座既有九江大桥在扩建九江大桥桩基础施工振动作用下的安全性进行评价．在扩建九江大桥主墩桩基础施工前后对两座既有九江大桥主桥的现状进行评价的基础上全面评价扩建九江大桥主墩桩基础施工振动对既有两座九江大桥主桥的影响程度及范围．为九江大桥扩建主墩桩基础施工方法和施工工艺提供实时参考指导意见． 一一一一一。塑蜜奎塑奎兰塑主竺壅兰兰堡笙茎．。。。蔓!蔓第2章既有桥梁结构在桩基施工振动影响下的安全监测方法研究2．1既有工民建结构在施工振动影响下的安全监测方法随着工程建设项目的日益增多。常遇到爆破、强夯、振动冲扩等一些施工工程，这些施工的施工过程，对地面产生巨大冲击，使得地基内出现强大应力波在向外辐射的过程中引起周边士体发生振动：或由施工机械的施工、冲击．而带动地基土体发生振动；这种土体的振动将会对周边已有建筑物，设备、入体等周边环境造成不同程度的振动及危害。无论是爆破、强夯还是振动冲扩施工，都是通过地基的振动而波及到周围的已有建筑物、人体等．地基土体的振波传播，衰减与土层特性、场地范围内地形、地貌，场地范围内建筑物位置等因素有关：另外，施工振动的类型，持续作用时间以及地面响应的频率也是振动效应的主要因素．一般所说的工程爆破是指在国民经济生活中所进行的建筑物爆破拆除、土石方爆破开挖、地下隧道涵洞的爆破掘进等方而所进行的爆破技术应用。工程爆破区别于其它爆破技术(如军事爆破)的一个典型特点是在破坏目标物(如拆除爆破时所需拆除的建筑物、土石方爆破时要开挖的土石等)时，应保证周边其它的目标不产生破坏，因而也就存在破坏和保护之问的矛盾问题．对爆破区域周边物体的保护是爆破工程技术人员所必须考虑的，由于爆破所产生的负面效应可能带来不良后果，故往往在这方面而所考虑的问题要比爆破本身要多．建筑物的拆除爆破一般是一次性的，因而由它引起的其他结构物受损破坏可通过爆前和爆后的检查对比得出结论．对爆破次数频繁并工期时间较长的土石方开挖爆破来说，必须建立长期观测点和完整的结构物振动受损记录档案。研究人员经过长期的观测和研究发现。除了爆破地震动或天然地震动引起建筑物结构破裂、抹灰脱落以及地基沉陷外，其它一些非地震动现象如地基土壤性质，温度、湿度，室内人员日常活动结构物旁的行驶车辆等也有不可忽视的关系．因此在进行结构物的爆前检查时，除了对结构的原始状况 西南交通大学硕士研究生学位论文第6页检查记录外，还应查看结构物的周边环境、地质条件及日常环境条件变化等情况．爆破前结构物的状况检查包括如下几方面的内容；(1)查看结构所处的场地、地基、基础条件．包括地基土壤的液化情况，软硬程度，结构基础墙的深度，记录房屋的平面布局和立面形状以及房屋的结构和整体性情况：(2)鉴定墙体坚实程度。检查房顶的安全度．房盖的支撑系统是杏完善，对于砖瓦结构的房屋，应查看房顶框架各部件之间是否连接可靠：对于框架结构较好的结构物应检查圈梁布局设置情况，预制板与圈梁墙体连接状况：(3)检查结构物与附属建筑物之间的联接关系，看它们是否通过混凝土梁联接，以及墙壁之问是否有结构性缝隙：地下基础是否为整体以及不同结构物之间的距离；(4)记录室内物品的摆放情况(摆放方式，位置以及稳定状况)：检查裂缝情况(裂缝的分布位置、宽度，长度、走向等)，尤其注意门窗周围、楼梯间及墙角阅的裂缝情况。目前在工程实际中，爆破地震数据测试及采集系统由如图2．1所示组成：图2．1测量系统示意图测量系统主要组成部分是传感器、记录器和数据分析器．从爆破振动物理量的特点方面来讲，爆破震动测量分析系统应具有的主要技术指标为：①可测参数值范围：加速度0．01～500cms2、速度0．05—50cm／s．②信号频率响应范围：0。1—500Hz-③采样记录时甸：>一100ms．④通道：应具有3个以上的通道。为全面而又真实地反映结构物在爆破地震波作用下的动力响应情况，传感器应布置在结构最易发生破裂受损的地方．一般是以结构地面的振动值作为衡量标准．地震波从基础传到结构地面以上部分的过程中除了有一段时问延迟外。上部结构振动与地面振动情况相比之间具有一放大系数关系；从结构自身来讲，结构不同部位的振动情况存在极大差异．如不同层之间、墙角 商南交通大学硕士研究生学位论文第7贞与墙壁等。因而传感器的布置应具有针对性，对于长期且被测对象固定的振动监测，测点应有计划的在结构物的不同部位进行转换．房屋墙角对爆破振动的反应是最能显示出房屋能否发生裂缝的潜在因素．因为爆破地震波频繁而连续的压、扭作用，常在墙角同发生，结构由于变形反应和裂缝形成而产生的应力在墙角处得到了集中反应。在目前正在进行的一项民房监测工作中，专家们将传感器安装在所监测房屋的最近爆源的墙角处。采用了如图2．2所示的方式。图中A、B、C代表传感器，它们分别采集各自面上的垂向分量。为了比较楼层之间的振动响应差异，在楼上对应的位置也进行了相同方式的数据采集．从二楼墙角采集的数据与根据传统方法在室内地面采集的数据相比，其振动值要强于地面振动值(测量物理量为垂向振动速度)，见图2．3．在分析结构对地震动信号的响应问题时，我们将在房屋地基基础上采集的地震动信号作为某次爆破时所传入结构物的地震动信号。图2．2墙角传感器的安装 西南交通大学硕士研究生学位论文第8夷图2．3地面振动信号与二棱墙角振动信号的比较为了解场地地基对地震动信号的作用。在某核电站进行的上方爆破开挖对房屋影响的监测工作中，研究人员进行了几组有针对性的对比数据采集。将传感器设置在距房屋基础两米处的地面。所采集的数据作地震动信号与结构地基基础上的信号进行比较(见表2．1>．经过比较分析，发现两者在振动值上具的关系：vB=BXvd式中：v8为房屋地基基础地面振动速度：vd为自由场地面振动速度；8为放大系数。放大系数B的取值范围在1．2之之问，在结构物地基基础上所采得信号的频率成份没有自由场地面的复杂，低频成份多，主振峰值明显．这迸一步说明了结构场地性质在爆破振动对结构物的影响破坏要的作用．从爆区周围居民房屋的受损情况调查结果统计，建筑在软土层上的居民房(大多为一至两层)发生裂缝的现象比较严重，有的裂缝宽度达到了2ram，原来因结构自身原因(如地基塌陷，结构内部成的裂缝有一定的延伸)。分析认为在软土层上的地基，由于软土层的自振频率相对于硬土层来说地震波经地基传至上部结构时，将引起两者之问的大幅值低频共振。同时由于频繁爆破施工，使得一定含水量且结构较疏松的浅层地基土壤在地震波的反复作用下很容易引起液化，造成地基的不均匀沉降，使上部建筑物发生破坏． 西南交通大学硕士研究生学位论文第9页表2-l自有场地蘧地震波数据与房屋地面震动数据对比l23456振速O．7622．6675．2073．0024．5725．334自由场地主频10．29．110．816．1158．5振速1．926．7938．7853．496．48．942房屋地面主频87696注：表中振速的单位为mm／s，频率单位为Hz由此可以得出以前结论：(1)爆破地震效应对建筑物的破坏是一个比较复杂的物理现象，需要从频率、幅值、地质因素、爆破方法等多方面进行研究；(2)对建筑物进行振动影响监测时，应对振动反应最强烈且易造成破坏的部位加强观测。并应将在这些部位所测得的振动容许值作为整个结构物的安全标准，而不是从结构物的地面上采得的数据进行分析判断；(3)地震波的频率对地震波的危害性具有重要的影响．低频地震波能引起结构的高幅值共振，因此，我们在注意振动物理量(如速度、加速度)的大小对建筑物的振动破坏时，应将爆破地震波的频率因素结合起来进行考虑。强夯法处理地基是20世纪60年代末法国梅纳尔(Menard)技术公司首先创立的，1978年交通部第一航务工程局科研所在天津某公路软土地基强夯试验取得成功．经过20多年的应用与发展，强夯法处理地基受到国内外工程界的重视，并迅速推广，取锝了较大的经济效益和社会效益。对于强夯施工的振动测试，在1983年任书考等人对强夯施工振动进行了测试，王仁钟等在1986年对强夯法处理地基的处理效果进行了动态测试，随着计算机技术和振动监测仪器的发展，很多学者对强夯加固地基振动机理、引起的振动规律、强夯对建筑物的影响研究，对强夯振动进行了监测和一定的理论研究．用强夯法处理可液化砂土和软土地基具有效果明显、设备简单、施工方便，工期短，成本低等优点．但是由于强夯法是大能量夯击地基上。锤击引起的地面振动除向深层传递外，还向四周扩散．强夯的夯击能大部分被夯侧吸收，一部分从扰动区辐射出来，以波的形式向外传播，距夯点越近，振动就越强烈．故强夯施工振动对邻近建筑物会引起一定的影响。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10页强夯加固地基主要是在强大的夯击能下，在地基中产生强烈的冲击波和动应力对土体进行加固作用．强夯机将夯锤提升一到设计高度后自动脱钩落锤，夯击地面瞬间将势能转化为动能，强夯产生的冲击波。按其在土中的传播和对土的作用特征可分为体积波和界面波．体积波包括纵波和横波(或分别称为压缩波和剪切波)，界面波包括瑞利(Rayleigh)波和乐夫(Love)波．各波的性质见表2·2。强夯施工时夯锤以冲击力贯入地基内，能量是通过夯锤底部和侧面以弹性波传播的应变能形式向外扩散而传递的，能量转化为体波和面波传到土里，首先压缩波到达，剪切波次之．瑞利波最后到．其中振动能量压缩波占7％，剪切波占26％，瑞利波占67％．且体波衰减比瑞利波快．因此。面波成为影响振动程度的主导波，并且随着距离的增加而影响增大．随着夯锤入土深度的增加，强夯振动在地面的影响范围也增大．由于强夯往往是连续施加的。当多次重复具有一定振幅的振波叠加就会使土体孔压增加，总应力增大，应变能累积加大，从而引起地面建筑物的振动烈度增大．波动在土介质中以不同的波速在不同介质中传播。由波源向外辐射的波，除了几何阻尼衰减外，还存在着土体材料对波的能量吸收而引起的土材料阻尼衰减．几何阻尼衰减在近源起主导作用，远源则以土介质能量吸收衰减为主．因此，地表振动强夯能量监测点的布置应在夯点与受影响建筑物之问由近到远沿直线排列，所以，在距夯点不同距离的地面上布置检波器，采用仪器记录迨表处振动波形曲线，通过对振动曲线分析解释，总结强夯引起地表处振动的规律． 西南交通大学硕士研究生拳位论文第n萸表2．2冲击破的组成波的占总量波的性质波的传播特点波在土中的传播速度类型的百分沙类土粘性土岩石比(哟系由震源向外传播的振动周期短·纵向波．质点振动方振幅小，能在压向和波的前进方向一固体与液体中3∞一8∞～l咖～7缩波致。属于一种推拉运传播。速度快7∞15006咖动，振动的破坏力较小系由震源向井传播的振动周期较横向波。质点振动方长，振幅较大．剪向和波的前进方向垂只能在固体中150～160～300～26切波直。作横向位移，振传播。波速仅3∞3002500‘动的破坏力较大为压缩波的l，2一l路系限于在半空间边界振动周期长，附近区域内运动的振幅大，只能波，质点在波的前进在固体中传方向和地表面法向组播，波速低于成的平面内作椭圆运剪切波。豹为面波6，动，转动方向与波的剪切波波速的100—290150-290前进方向相反，在地95％面上呈滚动形式，速度随深度的增加而减少，振动的破坏力较大在强夯引起的振动测试中，对振动的输入和响应两者的动力特性的描述可以通过各种传感器来完成，传感器可以检测质点的位移，速度或加速度的时间历程。实际应用的时候测得的往往只是某一种动态的物理量，如加速度或速度。利用检测分析系统，可以把此物理量通过积分或微分转换成其它量． 西南交通大学硕士研究生学位论文第12负强夯引起的振动，属于低频振动．同时，结构物的固有频率也是低频，因此，既要考虑质点振动的幅值(峰值)，同时又要注意其频率。根据强夯的特点，目前国内外选用的测试系统由加速度传感器、电荷放大器、AD采集卡、振动分析软件及打印机等组成．测试场地振动衰减时。测振点不应设在浮砂地，草地、松软的地层和冰冻层上，较好的办法是在每测点处打l根长50cm，截面为100ramX100mm木桩，传感器固定安装在木桩顶端。木桩伸出地面不超过几毫米，并确保木桩与土的紧密接触．传感器放置根据测试需要，铡垂直振动衰减就垂直放置，测水平振动衰减就水平放置，传感器的灵敏度主轴方向始终与量测波的传播方向一致，测线沿振动衰减的方向进行布置．由于近距离振动衰减快，远距离振动衰减慢，故一般5m以内每隔Im左右布一测点，5．10m范围内每隔2m左右布置一测点，15m以外每5m左右布置一测点．测试建筑物的动力响应时，较好的位置是在基础上，考虑到不容易接近基础，典型的测点是设置在底层平面主要承重外墙的底部。已有的实测和分析表明，振动在建筑物内可能会放大，并与建筑物的高度成正比，因此，有必要在建筑物内不同楼层设置测点进行同步测量．一般在底层和项层设置测点，其他层每隔2--4层设置测点．传感器方向一般沿建筑物的横向和纵向进行定位。强夯地基检测通常以载荷试验、动力触探、钻探等常规测试方法为主．瑞雷波勘探技术最早应用工程勘察，进行地层波速的测定．瑞利面波是由英国学者Rayleigh于1887年首先在研究弹性介质中的波动发现的，在传统地震勘探中瑞雷面波作为一种干扰波，近年来随着仪器设备和数据处理技术的发展。特别是瞬态法瑞利波勘探技术从99年以来，得到了快速的发展，把人工激发并记录的瑞利面波，用于解决地下浅部工程和环境地质问题。特别是在岩土工程勘察，灾害地质勘察、地基检测等方面得到了广泛的应用，在2001年瑞利波勘探方法己经列入新编的‘岩土工程勘察规范》．瑞利波勘探技术成为值得推广应用的无损检测技术．瞬态瑞利波法是强夯后约一周，对夯后土体的振动测试，这种方法可以对强夯处理的影响深度、强夯加固处理的有效深度、地基土夯后的波速分布特征等地基处理效果进行评价，可以进行面积性的检测，此种方法迅速有效，经济快速，是值得推广的地基检测物探技术． 西南交通大学硕士研究生学位论文第13页(1)基本原理；在地面上进行竖向激震时，均会在其表面附近层状连续介质中产生瑞利波，它的特点是能量大，传播速度底，频率低，随时间衰减慢，易于识别，在层状介质中，瑞利波法具有频散特性，并于介质的物理力学性质密切相关。外业数据采集时，在地面沿瑞利波的传播方向上，以一定的遂距Ax设置N个检波器，就可以检测到瑞利波在fN．1)Ax长度范围内的传播过程，在同一地段求出一系列频率的瑞利波速度Vf，就可得到一条瑞雷波频散曲线，不同波长的瑞利波的传播特性反映了不同深度岩土介质的运动学特性，由频散曲线可以反演地下速度界面的分层厚度和速度结构，以确定每层岩士体的速度和深度参数。根据频散曲线形态、斜率和波速值变化对场地地层进行划分，依据各测点剪切波曲线分层结果，结合地质资料和相关物探资料进行综合解释．(2)仪器设备与参数选择：采用仪器为SE2404E型综合工程探测仪，采集道数为12道，全通滤波，采样点数1024，采样率为0．5m／s。偏移距选择最佳窗口，道问距为0．5／lm，采用4hz垂直检波器，检波器沿点位对称布设，地面应相对平坦．(3)震源选择；瞬态瑞利波一般采用落重法或锤击法，要使勘探深度大，必须激发足够能量的含低频成分的瑞利面波，且从低频到高频保证足够的连续性．落重法地震波产生的地震波主频fo可用式子表示：fo--[4弘ro／M(1-s)]“2／2p，可见与震源质量M的平方根成反比，与重块底面积半径的平方根成正比．当测试深度较大时，可采用大铁锤作震源，并可垫软木或铁板锤击，重物也可用砂袋．南还与场地±类型有关，一般场地土较软，激发出地震波的频率较低，场地土较硬，激发出地震波的频率较高，对于一般地层，勘探深度要求在10米左右，一般采用18磅铁锤作震源。效果较好，提高野外工作效率．所以震源的选择应根据勘探深度和瑞利波频散曲线效果合理确定．(4)野外工作：野外数据采集时应尽量减少干扰，尤其是车辆、施工等低频干扰．因此，野外数据采集应在干扰小的情况下进行．面波检波器应垂直插入地面，地面较硬或碎石较多时，每排列检波点应刨约20cm深的坑，加土回填压实，再插入检波器，保证了检波器与地面祸合良好．现场测试工作应多次采集瑞利波特征明显记录，并应现场判释瑞利波频散曲线，以满足室内工作需要． 西南交通大学硕士研究生学位论文第14页(5)数据处理；内业数据处理采用吉林大学工程技术研究所开发的GEORWA软件，经数据处理，最后得到频散曲线。依据频散曲线形态、斜率和波速值变化对场地地层进行划分，频散曲线形态的变化反映了岩土层物理力学性质的变化，在频散曲线拐点或斜率变化处定为瑞利波勘探地层分界点，并通过钻探深度对比进行深度校正·进行反演拟合计算确定各岩上层厚度和剪切波速度。根据实测频散蓝线的交化规律，进行地层的划分，准确地说。瑞利波法是按波速的变化来划分地层的，它不同于钻探按土的地质成因，颗粒级配及塑性指数等来划分地层，而是根据土的弹性物理力学性质划分的，当不同的地层具有10％-25％的波速值差异时，瑞利波法分层结果和钻探的分层结果是一致的，波速值大小与士的密实状态有关，结合少量钻孔和工程试验资料，可实现对整个场地的综合分析和评价。利用瑞利波勘探可查明第四系厚度和基岩埋深，对于较厚的覆盖层中巨石、碎石或较松散的土层，一般钻探方法困难，成孔困难，效率低，一个瑞利波勘探点类似于一个钻探孔，反映了检波器之间区域内各地层介质的弹性物理性质，主要按照地层速度参数，将瑞利波速度值相近点的区域划为同一层t该方法速度快．功效高，成果直观，与少量的钻孔对照，可进行较准确的地层划分和综合分析．2．2既有桥梁结构在桩基施工振动影晌下的安全监测方法研究桥梁桩基施工引起的振动效应对周围既有桥梁及建筑物的振动影响是目前人们所关注的问题．特别是当施工场址与周围既有桥梁和建筑物的距离较小时，及时地监测和评估桩基施工时对周围建筑物的振动影响则是一项非常必要的工作．‘桥梁桩基施工时引起相邻地段地基土应力重新分布，变形，由于振动能量的扩散从而弓l起周围既有桥梁，建筑物变形产生危害，这一问题已引起工程界人士的高度重视，国内外均开展了此项测试工作，并得出了相关的结论及经验数据．例如，深标点水准仪观测、磁环式沉降仪观测，跨孔法、稳态振动法等等。但是，由于±体的复杂性及开展此项工作的目的不尽相局，其经验数值存在一定的局限性．采用地面振动波衰减测试法，对周围既有桥梁，建筑物影响的全过程进行跟踪测试。通过先进的设备．仪器，科学记录了桥梁桩基施工振动的全过程，可以直观的明确责任，缓和矛盾，保证城市建设 西南交通大学硕士研究生学位论文第15页●_iiIIi]Iiiilliiii--oo__-●’一的顺利进行，加快工程进度，节约工程造价，消除相关人员的忧患意识和恐惧心理，保证邻近既有桥梁，建筑物在施工过程中的正常、安全使用．由于桩基施工的机理比较复杂，振动测试工作也有很多不确定因素，因此，各种资料显示的振动影响范围数值也不大相同，一般理论上认为桩基施工对周围既有桥梁，建筑物的影响程度，主要与下列因素有关：桩基的类型及工作原理；场地周围土层的物理力学性质；施工的顺序与速度：被影响桥梁、建筑物的距离；锤的能量及锤击频率；被影响桥梁，建筑物的抗御能力及使用功能：被影响既有桥梁、建筑物的自振频率。桥梁桩基施工对周围桥梁、建筑物振动的影响可通过对地基土振动特性参数振幅、频率，加速度和地面质点的振动速度来确定影响等级和影响范围，因此．在桥梁桩基施工过程中。主要对场地的地基土振动特性参数进行监测，以此来评估该过程对毗邻桥梁、建筑物的影响程度．在实际工作中，根据我们不同的测试要求，一般采用压电加速度传感器、磁电速度传感器、电荷放大器、测振仪、示波器、频率计，信号分析仅等测试仪器测出相应的数据，进行记录、分析．在实际测试现场，若被影响建筑物无阻碍易于靠近，便于测试仪器开展工作，可采取单点测试；若被影响桥梁、建筑物场地狭窄不便于测试设备开展工作，可采用多点测试法，根据各测点的振动记录数值、波形图等。按照同问距比例进行标绘，依据地面振动波衰减规律可得到一条衰减曲线。根据曲线可得到场地的实际衰减规律，由此可计算推断毗邻建筑物在地表的振幅、速度、加速度等振动特性参数．⋯，。．国内较为广泛采用的桥梁桩基础桩施工方法——用振动锤插打钢护筒，其关键工作是将钢护筒插打到强风化乃至中风化岩层，利用钢护筒本身的强度将水、淤泥、砂层隔开，在复杂地层中，银护筒形成一个安全可靠的挡土防渗施工环境．然后用钻机钻孔至持力层成桩．这种桥梁桩基础桩施工工艺桩工艺简单，钢护筒使它变得安全可靠，它动用的设备很少，容易做到全面铺开，因此它的工期可以缩短便于赶工期．这种施工方法多用于水上桥粱基础的施工．若地层条件合适，这种施工方法在水上和软弱复杂地层基础旌工中具有很多优越之处．目前振动插打最大钢护筒的直径可达3000ram。钻机钻孔的设备简单，不会因桩径大和岩石硬而受影响．振动沉管的设备基本组成；振动锤(激振力)、液压夹持器、大型浮吊、大功率发电机组、大功率钻机、钢护筒(按桩的设计尺寸加工)．液压夹持器是为解决大直径钢护筒振动插打而设 西南交通大学硕士研究生学位论文第16页计制造的，液压夹持器与振动锤用螺杆牢固联接在一起，它能将钢护筒在瞬间牢固地夹联在一起，又能在瞬间将钢护筒分开。这大大提高了振动插打钢护筒的效率，减少占用大型起重设备的时间。目前国内大桥桩基础工程的施工步骤：第一步：用振动锤将钢护筒振入风化岩石层，直至不能下沉为止：第二步：若在水中旌工，先排出钢护筒内的水，再挖至钢护筒底以上2m的高程为止：第三步：复振。继续打入钢护筒，直至打不动为止。经过复振之后，钢护筒应能达到防渗和防坍塌的作用；荠四步：复振之后用钻头钻进岩石层，钻至设计桩底标高：第五步：如有需要，可将孔底扩大；第六步：清底，下钢筋笼，并浇灌混凝土。在桥梁桩基施工时，地下某处会产生间隔较短的瞬间激振，水下地层中各贡点因受迫振动而以波动的形式从振源经地层半空间向外传播，在振源区以奉波为主，到达一定的距离后面波变成了主导波。在各地层质点受迫振动时土体单元承受着正应力应变和剪应力应变，实际体系可视为具有单位截～面}口高度的土柱所构成的离形体系。假定整个土体质量集中于该层中自上而下的若干离散点，当土中某一单元激振时产生能量不同的振动，其地下振动的工程特性常以振动振幅，频谱和持时来表示，它与地层结构，振源机制及介质的动力特性有关。当振动超过某一限值时，地层土体所受的瞬间地振动荷载将超过其本身的极限值，而使地基基础失稳，从而危及邻近既有桥梁和建筑物的安全，甚至于直接危及人们生命和财产的安全。桥梁桩基础施工引起的振动在地层中的传播是一个较为复杂的动力学过捏，桩基形式、施工机械和施工组织方案等都将影响着桩基础施工时产生的地振动效应，而岩土结构和性质是影响地振动效应的主要因素。桥梁桩基施工产生的弹性波在土层传播过程中有两种速度，即波速和质点振动速度，在桥梁桩基施工的振动分析中人们需要得到的是后者，它比前者的量级小得多，由于前者研究的是波在传播中的运动学特征，它可从波在传播中的路程与走时得到，而后者研究的是波在传播中的动力学特征，它需要知道的是质点振动的绝对幅值，因此后者对配套仪器的输出量纲及标定过程有严格的要求。工程界对因此引起的震动测试技术的应用已有一定的研究，如一般先经多次试验，然后用最小二乘法拟合实验结果，得出一经验公式加以估算振动主要 西南交通大学硕士研究生学位论文第17页参数。但是，最科学合理的办法是在桩基施工影响面的测试点上埋设拾振器。通过测得其振动幅值来计算质点的振动速度(或最大加速度)，从而取得质点的地震烈度。目前专家采用高灵敏度的测振仪器对地面某点的振动速度进行测试，并记录下该点的质点振动速度随时问和振源强度的变化情况，再应用公式进行计算分析，用相应的配套设备得到的相应记录可反映质点振动的速度值．一般对于由速度型拾振器与采集仪组成的测试系统的标定。可选择在恒定的振动速度V(em／s)条件下，输入由低至高的不同频率，并由不同频率的振幅值A(mm)，求得该系统在不同频率下的灵敏度，在实际检测中当测得地面某点最大振幅值A(mm)时，就可直接求得在振动情况下该点所产生的振动速度v(em／s)值，即v--ao／0J·8)其中8为测量时仪器的增益值或衰减值。目前桥梁桩基础施工工程检测中使用的拾振器其振动频率的量测范围为1Hz到10Hz振动幅值约为0．0t#ra到lmm，因此足够工程使用．在工程检测中采用的数字采集仪或记录仪应有较宽的频带范围以便使检测对象的特征频率置于观测仪器的幅频特征曲线的线性范围内，同时还要求仪器应有较高的灵敏度和分辨率以保证振动幅值的检测精度，因此工程检测中的采样率通常取每秒500—1000个样点。采样长度视实际需要而定可取1K一8K亦可根据时域和频域对分辨率的不同要求调整相应参数．对于增益可根据施工及场地情况而定，通常取l一40，带通滤波可取睢100Hz．为了使检测结果能客观地反映桥梁桩基础施工振动的影响，首先应了解相应场地的工程地质情况及周围建筑的分布概况，测试时应在场地平面内沿周围需要检测的建筑结构的场址方向布设测线，并沿测线不同距离处设置控制点，一般每个控制点应同时检测三个方向(即径向、切向和垂直向)的振动情况。并注意到桩基础施工中钻机在各个不同深度上对不同测线和不同测点上振动幅值的影响程度．桥梁桩基础施工过程中产生的应力波通过土体向周围传播，采甩仪器测定桩基础施工振动而引起周围既有桥梁及建筑物振动的物理量(振速)的大小，划出既有桥梁及建筑物产生不同程度损坏时相应振动物理量的界限值，以此为判据，分析不同程度振动的影响范围，从而达到分析桥梁桩基础施工振动影响程度的目的．，桥梁桩基础施T引起的振动对周围环境的影响己成为施工过程中一个重要的问题。由于施工振动是人为造成的，可以通过适当的途径对其进行预测、 西南交通大学硕士研究生学位论文第18页调节和控制，可以通过施工前和施工过程中的调查和动态监测及时地就振动对周围既有桥梁及建筑物的影响进行预测和采取相应的防振隔振措施，从而可以有效减轻和控制施工振动对周围既有桥梁及建筑物的影响，因此对桥梁桩基础施工振动的振源机制、振动传播的影响因素及相应的预防与控制对策进行研究是十分必要的． 西南交通大学硕士研究生学位论文第19茛第3章既有九江大桥在桩基施工振动影响下的安全评价研究3．1既有工民建结构在施工振动影响下的安全评价标准随着我国国民经济的不断发展以及经济建设的全面展开，我国民用建筑工程中爆破技术、强夯施工技术的发展与国家经济建设的发展和需要密不可分的．土石方及挖孔桩施工中常采用爆破技术。地基处理施工中常采用强夯施工技术，预制桩施工中常采用锤击法施工．这些施工方法所产生的振动往往对周围环境造成一定的影响，严重时对周边建(构)筑物造成不同程度的损坏，从而引发居民与建设方的纠纷．目前，我国关于施工振动方面的规范及规程仅有‘爆破安全规程》(GB6722．86)，对于强夯法及锤击沉桩法施工，在‘建筑地基处理技术规范》(mJ79·2002)及‘建筑桩基技术规范"(JGJ94．94)中仅有隔振及防振监测的规定，并未具体规定操作方法及安全标准．因此，研究施工振动对周围环境的影响十分必要．目前对天然地震的研究较多，政府也颁布了各种法规。评价地震对建筑物的危害的指标主要有：烈度，加速度、振动持续时间等．对于人工振动影响研究较多的是爆破振动，关于一般质点振动安全标准，各国都有自己的规定，我国‘爆破安全规程》(GB6722．86)oe的爆破安全标准如表3．1所示l表3-1我国爆破安全标准建(构)筑物分类爆破安全振动速度V／rim·s-I土窑洞，土坯房、毛石房屋10一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物20—30钢筋混凝土框架房屋50重力式码头50～80水工隧洞100交通隧洞150 西南交通大学硕士研究生学位论文第20页美国矿业局(UsBM)和露天矿复垦管理局(0sMRE)的爆破安全判据标准。如图3．1所示：图3．1USMB和OSMRE爆破安全标准瑞士爆破安全标准如表3．2所示：表3．2瑞士标准建筑物分类频率范围Hz峰值质点速度(mm·s。)10～6030钢结构、钢筋混凝土结构60～9030～40砖混结构10～601860～9018～25砖自．墙体、木楼阁lO～601260～9012～1810一608有历史性及敏感性建筑物60～908—12注：表中峰值质点速度是指该质点振动时的最大振动速度值 西南交通大学硕士研究生学位论文第21页德国爆破安全标准如表3．3所示：表3．3德国标准建筑物分类频率范围(H2)合速度(mm·s。)0．5cm／s，划分为Ⅳ度区。其宏观特征为一般房屋门窗作响，悬挂明显摆动，质量较差房屋可能出现微细裂缝．距离更远范围的建筑物一般不会受强夯地震效应的影响．另外值得注意的是共振现象，当外界振动的频率与建筑物的自振频率一致时，会使建筑物的振动明显加强，可能会放大数倍甚至更大，使建筑物遭受严重破坏。建筑物的自振频率在10Hz以下，与强夯振动频率比较接近，容易产生共振现象。这是某些建筑物虽然距夯击点较远，但仍然出现了微细裂缝的主要原因之一．人体对强夯等环境振动会感到不适，这可以称为环境振动污染．随着入民生活的不断提高，为控制城市环境振动污染，国家制定了城市区域环境振动标准(GBl0070．88)和城市区域环境振动测量方法(GBl0071．8s)，标准规定测量量为铅垂向之振级。对于强夯振动这种冲击振动。取每次冲击过程中的最大示数为评价量。对于重复出现的冲击振动，以10次读数的算术平均值为评价量．城市各类区域铅垂向Z振级标准值如下表3．5：表3．5城市各类区域铅垂向Z振级标准值(riB)适用地带范围昼问夜间特殊住宅区65居民文教区7067混合区、商业中心区7572工业集中区7572交通干线道路两侧7572铁路干线两侧80铅垂向Z振级(VLz)是指按IS02631／I规定的全身振动之计权因子修正后得到的振动加速度级。而振动加速度级(VAL)是指测得的加速度与基准加速度之比的以lO为底的对数乘以20：VAI．；20·Ig(a／a0。式中；8一振动加速度有效值；ao—一基准加速度，ao-_10"6m／s2．工民建施工振动对周围既有建筑物的危害还与附近的地形、地基土的成层状态和土质i建筑物的结构型式，老化程度有关．因此目前没有一个统一的标准来评价这种危害，只能根据经验或者类比法定性分析。通过仪器进行振动监测．目前工程界专家就施工振动对周围既有建筑物的危害防治对策包括以下方面：。 西南交通大学硕士研究生学位论文第27页(1)从振源上降低振动t爆破可以减少单响最大装药量。(2)在振动传播途径上降低振动；由于瑞利面波占总震动66．7％的能量，且衰减慢而传播远。因此隔振沟应以隔断瑞利波传播为根本．目前工程界专家建议的深度应以1．2～1．5个瑞利波波长x左右为宣，宽度对隔振没有明显效果；或采用桩屏蔽来隔断冲击波的传播。(3)建筑物的加固；对陈旧型和古建筑宜采取临时托换加固体系措施。提高建筑物的抗震性能．3．2既有桥梁结构在桩基施工振动影响卞的安全评价标准的建立随着工程建设数量和规模日益扩大，桥梁桩基技术也得到飞速发展．桥梁桩基施工过程中会在土体中产生弹性波，弹性波在土体中传播使地面发生振动，振动超过一定的限度时就对周围环境产生不利影响，特别是在大，中城市等建筑物和地下设施密集地区施工时，强烈的地面振动会影响邻近既有桥梁和建筑物，干扰周围居民和有关人员的正常工作和生活严重时还会危及人们的财产和生命安全．施工振动引起的环境公害问题已引起工程界和有关部门的关注和重视，在建筑物和地下设施密集的城市地区进行地基处理等施工活动时，施工振动对周围环境的影响已成为该项目能否获得有关部门批准和施工过程能否顺利进行的关键因素。因此，利用工程测振仪对各种工程施工中爆破、锤击振动，机械施工等对建筑物所带来的振动破坏作出科学的测试和评价是十分必要的．试验和分析的结果表明效果良好．它具有高效灵敏、省时，节约及重复性好等特点，可为工程施工的可行性，安全范围及应采取的防护措施提供科学的依据，为工程施工的安全、顺利进行提供保证．在桩基钢护筒等施工振动影响的测试分析中，在保证既有桥梁结构安全条件下的安全控制指标的设定及其幅值的选取成为监测的关键。目前一般认为地振动的幅值强度，频率特征和振动持时是反映桥梁桩基施工振动过程的三个基本要素．对频率问题，通常情况下振动频率越高，振害影响应亦大，但由于桥梁桩基础施工引起的振动频率一般比建筑物的自振频率要高，因此不易产生共振破坏．对于振动持时问题，如果钻头穿过岩土层的时间越长。其应变能就可能不断累积从而增加振害影响程度，但是一个工地桩基施工时可通过确定场地平面内合理的施工顺序或控制键基施工的钻机速率来减小持续 西南交通大学硕士研究生学位论文第28页振动带来的影响．所以目前普遍认为三要素中的幅值强度在判断桩基施工对周围建筑结构的振动影响中起主要控制作用．与人和仪器设备承受简谐振动能力的研究成果相比，在桥梁桩基础施工振动作用下，人们对其周围既有建筑物、桥梁结构的动力响应及其破坏机理的认识较为肤浅，各国或不同行业之问在振害的评价指标及其量化方面尚存在着较大的差异．在定量评价桥梁桩基础施工振动对周围既有建筑物、桥梁的影响时，目前较为广泛采用的是地基质点振动的最大速度或者加速度，较少采用最大位移、谱烈度和能量比等地震工程中常用的指标．至于是最大速度还是最大加速度更优越，目前还存在争议．例如，采用加速度者认为．施工振动加速度可以放映周围既有建筑物、桥梁结构所受的惯性作用的大小，从而便于揭示结构的附加受力状态极其破坏机理．而采用质点振动速度者则认为该指标是以弹性波理论为基础的，即对于无限介质和一维杆件中的平面冲击波，动应力口与质点速度V之问存在如下关系：仃=(E，C)V．式中B和C分别为介质的弹性模量、弹性波速。在实际的施工振动工程中，大量的观测数据也表明了，既有建筑物，桥梁的破坏程度与地基质点振动速度的大小关系密切，同时在幅值强度(位移、速度和加速度等)参数的选取中，一般又认为质点振动速度是判断桩基施工振动影响对最普遍使用的评价指标．国内外已有工程实践表明，地面质点峰值速度与建筑物的破坏程度相关性最好，本文亦选取质点振动速度值作为桩基钢护筒等施工振动影响程度的主要研究对象．在桥梁桩基施工振动影响的分析中会遇到不危及建筑的情况下其安全幅值的取值问题，因此除了必须测定特定地基土条件下振源随土质密度和震源距变化的规律外，还应根据各类建筑物的选型，构造、施工年代、施工质量等参数分析结构的动力特性与抗震性能，并对相应建筑的重要性，人口密度、破坏后果等进行综合评价。从而确定出各类建筑物在不同桩基施工条件下相应的安全速度值。目前我国尚没有正式颁布有关桥梁结构安全振动的控制标准，总的来说桥梁结构对振动的敏感程度与桥梁基础型式，地基和建筑材料中波的传播特性，振动持时以及振动幅频特性等因素有关．由于桥粱结构和工业与民用建筑的结构特征以及使用功能有一定的区别，尤其考虑到桥梁结构施工场地环境的复杂性，因此精确确定桥梁结构容许振动的过程十分复杂又不实用．以下列出的评判指标以及上节所列出的各国的工民建振动方面的相应的规范， 西南交通大学硕士研究生学位论文第29页●iiiii[iillltii．．tt_●-一使用中可根据场地的实际情况和结构的重要程度找出相应的控制指标以指导桩基的施工工作：(1)根据波林格对振动分析的研究，人的反应与地面质点运动速度之间的关系大致可分为表3．6中的五个量级：表3．6人的反应与地面质点速度之间的关系1人的反应可感感到显著不适感到骚扰反感l地面质点速O．2～O．50．5～O．97O．97～2．O2．O一3．33．3～5．08l度(。m／s)(2)根据原苏联C．台麦德维捷夫推荐的文献，桩基施工对环境影响及其防治措施要求地基土质点振动速度的垂直向分量宣小于2mm／s，水平向分量宣小于lOmm／$，否则往往会导致周围既有桥梁及建筑物的倒塌。文献提出的振动速度极限标准如表3．7；各类建筑物所允许的质点振动如表3．8：表3．7振动速度极限标准l类别I住宅、房屋和类似Ⅱ重型构件和高刚I，Ⅱ类以外和受I结构度骨架的建筑物保护的建筑物l极限值(mm／s)8304表3．8建筑物所允许的土层质点振动速度(cm／s)允许值建筑物的现状珏ⅢⅣ钢筋混凝土或掉板，轻填料金属骨架抗震的工业与57IO民用建筑物质量较好，构件和结构无残余变形钢筋混凝土或金属骨架不抗震的建筑物和构筑物构件中没有残余变形257砖成块石作填料，填料中有裂缝的骨架建筑物，不抗震的块石或砖石的新老建筑物建筑质量较好，没1．535有残余变形骨架中有裂缝，其填料严重破坏的骨架建筑物，砖l23或大石块砌筑的在承重墙或问壁中有个别不大的裂 西南交通大学硕士研究生学位论文第30页缝的新老建筑物骨架中有裂缝，各构件问联系破坏的新老骨架建筑物，承重墙为斜缝。对角缝等裂缝所严重破坏的砖O．5l2石或块石建筑物填料中有大裂缝，钢架生锈，钢筋混凝土骨架破坏的建筑物。承重墙有大量裂缝，内外墙联系破坏的0．3O．51．O建筑物及其他未加强的大型砌体建筑物注：Ⅱ类：特别重要的工业建筑物及住人较多的民用建筑物；m类：面积不太大，高度不大于三层的工业和服务业构筑物及住人不太多的民用建筑物：IV类：破坏不至于威胁人们生活和健康的工业与民用建筑．上述规范，标准主要应用于工业与民用建筑．由本次监测数据分析可知，桥梁桩基础钢护筒施工振动与地震、爆破振动等相比其振动幅值强度要小于后面二者，振动主频率则介于地震、爆破之间，另外钢护筒施工振动属于一定时间内的持续振动，考虑振动的疲劳影响，因此其折算振动持续时间较长．综合上述规范和标准的相关内容，并考虑钢护筒施工振动与地震、爆破施工振动等的不同之处，本文选用3．Oem／s作为钢护筒施工振动对既有桥梁结构影响的振动速度控制量。此外本次振动监测的两座既有桥梁的修建时问距今较长，分别为1987年和1996年，抗震设防烈度均为7度，由地震波引起的振动一般只考虑横波引起的水平振动，并以加速度的大小来确定基本烈度，在设防烈度为6度时，地面运动加速度最大容许值为0．059，本文加速度选用0．059作为振动加速度控制量．因此由上述规范、标准可知，对于钢护筒施工振动对既有桥梁的影响而言本文选用的振动速度及加速度的控制标准是偏安全的。在既有桥梁结构在桩基施工振动影响下检测方面，为了科学地监测和评估桥梁桩基施工对周围既有桥梁及建筑的影响，应保证配套后的仪器所得到的相应记录应是所要研究或检测的地振动参数：为保证测试幅值韵准确性，配套后的仪器应进行严格的标定以确定相应频道范围内的幅频特征；应注意各种评价指标的实用性与局限性，充分考虑桩机类型、场地地质剖面及周围既有桥梁级及建筑结构类型等方面对评价标准的影响，合理地选取相应的控制指标；对施工期间周围场地一些可能产生不均匀沉降的建筑基础，应进行定期定点的变形观测以及时了解和控制周围既有桥梁及建筑基础及既有桥梁及建筑物的变形情况． 西南交通大学硕士研究生学位论文第31页3．3既有九江大桥在扩建桥主墩桩基施工振动影响下的安全评价结果3．3．1扩建九江大桥及既有两座九江大桥的工程概况(一)扩建九江大桥工程概况扩建九江大桥桥梁全长1820m，主桥为100+2×160+lOOm的P．C．连续刚构，采用挂篮悬浇施工．该扩建桥一侧为六孔一联(50+100+160+160+100+50)的大跨度预应力混凝土连续梁，另一侧为2×160m跨的独塔斜拉桥，两座既有桥梁中心距约为50m，扩建桥位于两座既有桥梁结构的中问。扩建桥主墩桩基与连续梁桥主墩桩基最小中心距为7．662m，承台最小净距为1．162m；与另一侧斜拉桥主墩桩基最小中心距为7．402m，承台最小净距为0．352m，如下图3．2所示。扩建桥主墩采用变直径桩组成的大直径群桩基础，按嵌岩桩设计，三个主墩桩基为变截面桩(D280～D250cm)，每个墩有9根桩，采用搭建水中施工平台进行钻孔桩基施工。扩建桥主墩桩基钢护筒图3．2扩建桥主墩桩基与两座既有桥梁主墩桩基距离示意图寸Tll引卿上 商南交通大学硕士研究生学位论文第32页(二)国道九江大桥(独塔斜拉挢)i程概况325国道九江大桥为斜拉桥和预应力混凝土连续梁以及预应力混凝土空心板所组成的联合体系桥．其中主桥为独塔双索面竖琴型预应力混凝土塔梁墩固结体系斜拉桥，塔高从地面算起81m，为H型带水平隔板的塔柱；主梁为悬拼施工预应力混凝土单箱四室截面箱梁，总长320m，箱梁中心线处梁高250cm，冷铸镦头锚；每侧18对斜拉索，共有144根，斜拉索防护采用热挤PE索套法，在工地自行制作．设计荷载：汽车．20，挂车．100，人群350kg／m2，通航等级为一级航道，地震烈度为七级．325国道九江大桥主桥(独塔斜拉桥)立面布置图3．3所示：，：一，一令。么荔缀}4’l’z4、I图3．3325国道九江大桥主桥(独塔斜拉桥)立面布置图(兰)佛开高速九江大桥工程概况’．佛开高速九江大桥全长为1819．16m，桥面横向为分离式，每边宽度为11．128m+2×0．485m钢筋混凝土防撞栏．主桥为六孔一联(50+100+160+160+100+50)的大跨度预应力混凝土连续梁，桥面纵坡北岸+2．5％，南岸-2．4％，竖曲线半径R=11000m．设计荷载为汽车．超20，挂车．120，人群3．5KN／m2，地震烈度为七级．佛开高速九江大桥(连续梁)主桥立面布置图见下图3．4所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第33页图3．4佛开高速九江大桥(连续梁)主桥立面布置图3．3．2既有两座九江大桥在桩基础施工振动影响下的监测系统(一)振动测点布置测试既有桥梁结构在施工振动影响下的动力响应，较为科学合理的方法是在施工振动影响面测试点上埋设拾振器，对桥梁桩基础钢护筒施工振动而言，较好位置是在既有桥梁桩基础上．考虑到水上施工等因素，根据现场实际情况，将典型测点主要布置在既有桥梁主墩承台面上．本次监测共设测点17个，其中l(1)在临近扩建桥水上施工平台的两座既有桥梁6个主墩承台面上布置6个主要测点，每个测点均设水平径向，垂向和水平切向三向传感器；(2)已有实测及分析表明，振动在建(构)筑物内可能会放大并与建(构)筑物高度成正比，因此考虑桥梁结构自身特点在6个主墩墩顶均布置水平径向和垂向传感器，同时在既有桥梁结构跨中截面位置布置水平径向和垂向传感器；(3)在独塔斜拉桥塔梁墩固结位置处布置水平径向、垂向和水平切向三向传感器，并在塔顶布置水平径向和垂向传感器。限于篇幅，下图3．5仅给出两座既有桥梁主墩承台上的测点示意图。 西南交通大学硕士研究生学位论文第34页扩建桥主墩桩基钢护筒图3．5振动测点布置示意图为尽可能保证振动特性测试的准确性，应保持传感器与测点之间的刚性连接；同时考虑测试时间较长，采取一定的测点保护措施，并做好防雨防潮：传感器的放置应保证其灵敏度主轴方向始终与量测波的传播方向一致。(二)监测系统对振动的输入和响应的动力特性描述可通过各种传感器来完成，传感器可以测试质点位移、速度或加速度的时间历程．实际应用时测得的往往只是某一种动态的物理量，如加速度或速度，利用检测分析系统可以把此物理量通过积分或微分转换成其它物理量。通常检测设备可采用速度型(或加速度型)拾振器与配有多通道／转换的数字采集仪及计算机配套组成具有接收，采集、显示、分析与处理功能的测试系统．根据钢护筒施工振动的特点，选用的监测系统由传感器、放大器、传输电缆、数据采集、记录设备，振动分析软件及打印设备等组成，如下图3．6所示．其中传感器采用中国地震局工程力学研究所的941一B拾振器，设有小、中，大速度和加速度4档；数据采集系统采用16通道的DEWETRON便携式数据采集仪和Dasylab软件进行数据的采集，分析和处理．为了掌握整套系统的整体灵敏度，频率特性、线性特征。保证测试结果准确、可靠，整套测振设备在测试前均要进行标定，并以标定数据进行后期数据处理。 西南交通大学硕士研究生学位论文第35页分前析测掘置A／D处放模髑-理点刚大数输部位滤转出波换结果数据采集仪图3．6监测系统示意图3．3．3既有两座九江大桥在钢护筒施工振动影响下的评价结果(一)既有两座九江大桥在钢护筒施工振动影响下监测内容本监测工作历时七个月，共进行了三个主墩桩基27根钢护筒的全部振入过程和部分桩基钻孔施工振动过程的监测。根据安全监测方案和现场实际施工进度，第一阶段共进行了21#主墩2A、3A、3B，2B、3C、1B、1A、lC和2C等9个钢护筒的施工振动安全监测工作；第二阶段共进行了22#主墩1A、2A、2B、1B、1C、2C、3A、3C和3B等9个钢护筒的施工振动安全监测工作；第三阶段共进行了23#主墩1A、1B，1C，2B、2C、3A、3B、2A和3C等9个钢护筒的施工振动安全监测工作，扩建九江大桥主墩基础钢护筒平面布置图见下图3。7，限于篇幅，下面仅给出及扩建九江大桥部分钢护简在施打过程中测点的三向振动加速度，动位移，速度监测结果．见下表3．9-3．17；其中表3．15-3．17中V为各测点各分向在不同钢护筒施振下记录到的最大质点速度值，而Vmax为其三分向中记录到的最大质点速度值。 西南交通大学硕士研究生学位论文第36页325国道九江大桥臼口广州8湛江佛开高速九江大桥[冷图3．7扩建九江大桥主墩桩基础钢护筒施工平面布置及编号表3．9325国道九江大桥(独塔斜控桥)铜护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用2B钢护筒3c铜护筒测点位置峰值加速度(1／s。)动位移(帅)(m／s。)动位移(mm)斜拉桥2l墩顶水平径向0．18900．070．2885O．09斜拉桥21墩顶垂向O．2416O．170．2857O。27斜拉桥主粱跨中水平径向0．0238O。190．0286O．15斜拉桥主粱跨中垂向0．1987O．640．t8120．79斜拉桥塔粱固结水平径向0．0337O．06O．0216O．12斜拉桥塔梁固结垂向0．0134O．01O．02140．03斜拉桥塔粱固结水平切向0．0195O．090．0288O．09斜拉桥塔顶水平径向O．0298O．22O．0298o．40斜拉桥塔顶垂向0．01930．Ol0．0320O．Ol斜拉桥2l承台水平径向0．0790O．100．1030O．12 斜拉桥2l承台垂向0．05080，030．11530．04斜拉桥2l承台水平切向O．0519O．170．0389O．06斜拉桥22承台水平径向0．0080O．040．0064O．05斜拉桥22承台垂向O．0072O．00O．Oll7O．Ol斜拉桥22承台水平切向0．01220．070．0103O．06续表3．9老佛开高速九江大桥(连续梁)钢护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用2A钢护筒．3A钢护筒铡点位置峰值加速度(=／s2)动位移(mm)(m／s2)动位移(删)连续粱20承台水平径向O．07440．050．04850．06连续梁20承台垂向0．0495O．020．0866O．03连续粱20承台水平切向0．0484O．100．0604O．1l连续粱21承台水平径向0．0666O．030．0767O．04连续粱2l承台垂向0．08230．04O．1llO0．04连续粱2l承台水平切向0．0277o．06O．0417O．05连续粱主梁跨中水平径向0．3526O．250．2603O．88连续粱主梁跨中垂向0．77530．580．5151O．42连续粱2l墩顶水平径向0．1081O．080．1043O．10连续粱2l墩顶垂向O．10900．060．15510．06连续粱22承台水平径向0．0223O．060．0363O．07连续粱22承台垂向0．0175O．020．0390O．02连续粱22承台水平切向0．01960．05670．0264O．06 表3．10325国道九江大桥(独塔斜拉桥)钢护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用l^钢护筒1C钢护筒测点位置峰值加速度(Ⅲ／s2>动位移(mm)(砸／s’)动位移(mm)斜拉桥2l墩顶水平径向0．28850．090．2885O．07斜拉桥2l墩顶垂向0．1965O．080．3016O．1l斜拉桥主粱跨中水平径向O．0340O．140．0285O．06斜拉桥圭粱跨中垂向O．2186O．99o．2728O．06斜拉桥塔粱固结水平径向0．0312O．090．03600．07斜拉桥塔粱固结垂向0．0189O．0l0．0214O．03斜拉桥塔梁固结水平切向0．0315O．100．0483O．09斜拉桥塔顶水平径向0．0276O．140．0489O．16斜拉桥塔顶垂向0．026lO．Ol0．0442O．02斜拉桥2l承台水平径向0．0745O．16O．1092O．10斜拉桥2l承台垂向0．0568O．040．1547O．06斜拉桥2l承台水平切向0．0501O．2l0．06730．14斜拉桥22承台水平径向0．02160．070．0358O．02斜拉桥22承台垂向O．OllOO．OlO．0218O．Ol斜拉桥22承台水平切向0．00060，000．0051O．Ol续表3．10325老佛开高速九江大桥(连续粱)钢护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用2B钢护筒3c钢护筒测点位置峰值加速度(m／s2)动位移(铂m)(m／s1)动位移(Ⅻ)连续梁20承台水平径向0．02300．060．0271O．06连续粱20承台垂向0．03t4O．010．03260．01连续粱20承台水平切向0．03950．080．02610．09连续粱2l承台水平径向0．0265O．040．02190．04连续粱Zl承台垂向0．0399O．020．02730．02 连续粱2l承台水平切向0．03560．040．0377O．03连续粱主梁跨中水平径向0．1577O．45O．1169O．56连续梁主粱跨中垂向0．3367O．380．2286O．22连续粱21墩顶水平径向0．0441O．050．0344O．04连续粱21墩顶垂向0．06440．030．0394O．03连续粱22承台水平径向0．01900．050．01410．04连续梁22承台垂向0．0390O．020．0046O．Ol连续粱22承台水平切向0．0187O．040．0184O．04表3．II325国道九江大桥(独塔斜拉桥)钢护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用l^钢护筒2A钢护筒测点位置峰值加速度(m／s"动位移(mm)(m／s2)动位移(咖)斜拉桥21#承台水平径向0．0465O．2l0．0284O．05斜拉桥21#承台垂向0．0190O．140．01990．06斜拉桥21#承台水平切向0．0561O．020．0327O．Ol斜拉桥22#承台水平径向0．0378O．070．03230．04斜拉桥22#承台垂向0．0245O．Ol0．0399O．Ol斜拉桥22#承台水平切向0．0332O．060．0242O．06斜拉桥23#承台水平径向0．03320．190．0286O．24斜拉桥23#承台垂向0．0412O．520．0352O．42斜拉桥23#承台水平切向0．0436O．190．0388O．18斜拉桥塔梁固结水平径向0．0345O．3l0．0693O．05斜拉桥塔粱固结垂向0．0224O．15O．0513O．09斜拉桥塔梁固结水平切向0．0432O．200．026l0．04斜拉桥塔顶水平径向0．051lO．14O．0759O．15斜拉桥塔顶垂向‘0．0695O．020．0485O．02斜拉桥主粱跨中水平径向0．0478O．2l0．0383O．08斜拉桥主榘跨中垂向0．2389O．900．31610．89 西南交通大学硕士研究生学位论文第加页续表3．11325老佛开高速九江大桥(连续粱)钢护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用1A々目护筒2^钢护筒测点位置峰值加速度(m／s。>动位移(mm)(m／s。)动位移(帅)连续梁21#承台水平径向0．0240O．030．0254O．03连续粱21#承台垂向0．0239O．Ol0．0241O．Ol连续粱21#承台水平切向0．02680．060．0211O．03连续粱22#承台承乎径向0．0722O．06O．08270．06连续梁22#承台垂向0．0491O．020．0508O．03连续梁22#承台水平切向0．0563O．050．0444O．05连续粱22#墩顶水平径向0．07780．05O．0676O．05连续梁22#墩顶垂向0．0659O．030．07860．04连续梁23#承台水平径向0．0246O．06O．03140．04连续梁23#承台垂向0．0378O．100．0221O．09连续粱23#承台水平切向0．0672O．130．0452O．12连续粱主梁跨中水平径向0．1286O．330．1217O．33连续粱主粱跨中垂向0．372lO．6l0．2875O．70表3．12325国道九江大桥(独塔斜拉桥>钢护筒旖工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用lB钢护筒lC钢护筒测点位置峰值加速度(m／s勺动位移(衄m)佃／s2)动位移(ram)斜拉桥21#承台水平径向O。0400O．2lo．0375O．16斜拉桥21#承台垂向0．0356O．160．0305O．10斜拉桥21#承台水平切向0．0330O．02O．0426O．02斜拉桥22#承台水平径向0．0309O．060．05500．07斜拉桥22#承台垂向0．0296O．Ol0．0669O．03斜拉桥22#承台水平切向0．0270O．150．03580．10斜拉桥23#承台水平径向0．0349O．300．0489O．34 斜拉桥23#承台垂向0．03470．420．0346O．42斜拉桥23#承台水平切向0．0466O．450．0358O．24斜拉桥塔粱固结水平径向0．08270．090．0765O．10斜拉桥塔粱固结垂向0．0327O．090．0336O．09斜拉桥塔梁固结水平切向0．0345O．10O．044lO．13斜拉桥塔顶水平径向0．05430．140．05580．13斜拉桥塔顶垂向0．0541O．040．0569O．08斜拉桥主粱跨中水平径向0．0387O．200．0943O．19斜拉桥主梁跨中垂向0．2589O．830．30261．12续表3．12325老佛开高速九江大桥<连续粱)钢护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耩合作用lB钢护筒lC钢护筒测点位置峰值加速度(m／s2)动位移(ram)(m／s")动位移(ram)连续梁21#承台水平径向0．0195O．040．0196O．07连续粱2t#承台垂囱0．0188O．Ol0．0t88O．Ol连续粱21#承台水平切向0．02460．050．03010．07连续梁22#承台水平径向0．0390O．060．0292O．06连续粱22#承台垂向0．0207O．010．0193O．Ol连续粱22#承台水平切向0．03080．060．0417O．05连续粱22#墩顶水平径向0．0345O．100．0438O．10连续粱22#墩顶垂向0．0280O．040．0328O．03连续梁23#承台水平径向0．0208O．060．0188O．07连续粱23#承台垂向0．0329O．090．0381O．10连续粱23#承台水平切向0．0468O．130．04710．14连续梁主粱跨中水平径向0．1045O．330．1165O．30连续梁主梁跨中垂向0．2439O．350．19120．63 西南交通大学硕士研究生学位论文第42页表3．13325国道九江大桥(独塔斜拉桥)钢护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用1^钢护筒lB钢护简测点位置峰值加速度蜂值加速度(s／s。)动位移(咖)(m／s。)动位移(Ⅲm)斜拉桥23#承台水平径向0．1081O．24O．11370．25斜拉桥23#承台垂向0．04830．030．0597O．03斜拉桥23#承台水平切向O．0456O．500．0562O．57斜拉桥23#墩项水平径向0．0686O。lgo．0634O．40斜拉桥23#墩顶垂向0．13530．090．1394O．1l斜拉桥22#承台水平径向0．0356O．080．0412O．06斜拉桥22#承台垂向O．0314O．010．0302O．02斜拉桥22#承台水平切向0．04210．060．0310O．12斜拉桥主梁跨中水平径向O．0436O．190．0388O．18斜拉桥主粱跨中垂向0．0345O．3l0．0693O．05续表3．13老佛开高速九江大桥(连续粱)钢护筒照工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用1^钢护筒lB钢护筒测点位置峰值加速度(m／s‘)动位移(ram)(m／s1)动位移(ms)连续榘23#承台水平径向0．07700．090．0588O．12连续梁23#承台垂向0．0874O．030．0279O．Ol连续梁23#承台水平切向O．0660O．180．0610O．25连续粱23#墩顶水平径向O。0865O．09O．0593O．13连续粱23#墩顶垂向O．1270O．050．0354O．02连续粱22#承台水平径向0．0788O．060．04010．07连续粱22#承台垂向0．0456O．030．0302O．Ol连续粱22#承台水平切向0．0458O．050．0325O．07连续粱主粱跨中水平径向0．0246O．06O．03140．04连续梁主粱跨中垂向0．0378O．100．02210．09 西南交通大学硕士研究生学位论文第43页表3。14326国道九江大桥(独塔斜拉桥)钢护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用2B钢护筒2c钢护筒测点位置峰值加速度(m／s2)动位移(帅)(m／s。)动位移(mm)斜拉桥23#承台水平径向0．1032O．180．1087O．19斜拉桥23#承台垂向O．0621O．030．05970．03斜拉桥23#承台水平切向0．0712O．520．0562O．57斜拉桥23#墩顶水平径向0．0987o．120。1705O．14斜拉桥23#墩顶垂向O．11240．070．2369O．10斜拉桥22#承台水平径向0．0521O，080．0800O．08斜拉桥22#承台垂向0．0841O．03O．1102O．05斜拉桥22#承台水平切向O．0412O．1l0．0421O．16斜拉桥主梁跨中水平径向0．0466O．450．0368O．24斜拉桥主梁跨中垂向0．08270．090．0765O．10续表3．14老佛开高速九江大桥(连续集)钢护筒施工振动监测数据行车与钢护筒施振耦合作用2B钢护筒2c钢护筒测点位置峰值加速度(s／s。)动位移(mm)(m／s2)动位移(仰)连续梁23#承台水平径向0．07240．070．0395O．1l连续梁23#承台垂向0．0314O．020．0276O．Ol连续梁23#承台水平切向0．0524O．150．16440．14连续粱23#墩顶水平径向O．0432O．100．0440O．12连续粱23#墩顶垂向0．0541O．020．0298O．03连续梁22#承台水平径向0．0520O．050．03280．09连续粱22#承台垂向0．0357O．020．0265O．02连续粱22#承台水平切向0．03580．060．0398O．08连续梁主粱跨中水平径向0．0208O．060．01880．07连续粱主粱跨中垂向0．0329O．090．0381O．10 表3．152l#主墩桩基钢护筒施工振动速度监测结果斜拉桥21#主墩承台测点钢护筒编号水平径向V(cm／s)垂向V(cJ／s)水平切向V(cⅢ／s)v。(cm／s)2l—l^O．23O．130．26O．2621-2AO．340．15O．22O．3421-3A0．27O．19O．25O．272I-IBO．23O．14o．17O，2321-2BO．17O．15O．1lO．1721-3B0．24O．13O．18O．242l-ICO．24O．29O．14O．2921-2CO．29O．24O．22O．292I-3CO．20O．18O．13O．20续表3．1521#主墩桩基钢护筒施工振动速度监测结果连续粱21#主墩承台测点钢护筒编号水平径向V(cm／s)垂向V(c●／s)水平切向V(cm／s)V。。(cm／s)21-IAO．13O．23O．1lO．232l一2AO．19o．18O．090．1921—3AO．16O．19O．12O．192l—lBO．070．07O．080．0821-2BO．10O．13O．12O．132I-3B0．09O．13O．08O．1321-IC0．08O．07O．122I-2CO．35O．IOO．∞O．352I-3CO．080．11O．08O．11 西南交通大学硕士研究生学位论文第45页表3．1622#主墩桩基钢护筒施工振动速度监涮结果斜拉桥22#主墩承台测点钢护筒编号水平径向V(cmls)垂向V(cm／s)水平切向V(cmls)v。(emls)21-1A0．09O．04O．07O．0921-2A0．07O．07O．060．072I-3AO．08O．05O．092l—lB0．08O．05O．0821-2BO．13O．12O．142I-3BO．080．07O．06O．082l-ICO．1lO．14O．1O．1毒2I-2CO．16O．22O．09O．2221-3CO．13O．15O．06O．15续表3．1622#主墩桩基钢护筒施工振动速度监测结果连续梁22#主墩承台测点钢护简编号水平径向V(cm／s)垂向V(emls)水平切向V(cm／s)V。(cmls)2I-IAO．17O．11O．12O．17ZI-2AO．18O．15O．1O．182l-3AO．15O．1O．12O．152I-IBO．11O．06O．08O．1l21-28O．1lO．08O．1l21-3B0．09O．060．070．092l—lCO．08O．03O．090．0921-2C0．09O．04O．0921-3C0．1O．06O．09O．1 西南交通大学硕士研究生学位论文第46页●．．．．．TiiIII]iiI]III[Ii_●-___·____--___-。-一表3．1723#主墩桩基钢护筒施工振动速度监测结果斜拉桥23#主墩承台测点钢护筒编号水平径向V(cm／s)垂向V(cm／s)水平切向V(cm／s)V。(cm／s)21-1kO．26O．10．23O．262I-2AO．28O．14O．2O．282l-3AO．22O．11O．2O．222l一1BO．270．12O．2O．272I-2BO．220．13O．2221-3BO．25O．1l0．2O．252I-IC0．26O．15O．23O．2621-2CO．2O．1O．2l21-3CO．24O．2lO．28续表3．1723#主墩桩基钢护筒施工振动速度监测结果连续梁23#主】教承台测点钢护筒编号水平径向V(c吖s)垂向V(c=／s)水平切向V(cm／s)V。(cm／s)21-1^O．18O．17O．16O．1821-2^0．27O．1O．19O．2721-3AO．19O．1O．2O．1921-1BO．16O．06O．222I-2BO．15O．08O．2l21-3BO．16O．1O．14O．162l—lCO．1lO．09O．1321-2C0．13O．05O．1721-3CO．12O．020．23O．23 西南交通大学硕士研究生学位论文第47页(二)既有两座九江大桥在钢护筒施工振动影响下监测结论：由表3．9—3．17，可以得出如下结论：①从监测测试数据及分析可以看出，斜拉桥和连续梁各测点的峰值加速度，除个另Ij锅护筒施工振动过程中连续梁主梁竖向测点异常外，其他均小于0．059(O．49m／s2)，满足安全监测参考规范的要求；峰值加速度较大值分布在两座旧桥主梁跨中竖向测点和21#、22#及23#---个主墩墩顶及承台等测点，反映出桥跨结构行车效应比较明显的规律以及地振动能量随空间距离增加而衰减的规律：②由表3．15—3．17可知。整体上斜拉桥三个主墩承台测点三向振动要略大于连续梁各主墩承台测点三向振动：由表3．15-3．17还可以看出，两座既有桥梁各承台测点振动速度值均远小于控制速度值3．Ocm／s，这除了与钢护筒旌工振动能量大小有关外，还主要与其复杂的传播路径有关：钢护筒施振过程中，振动锤振动经由钢护筒、地基土，既有桥梁桩基础最后到达承台测点，在此振动传播过程中振动衰减较快，到达承台测点时振动能量相对已比较小；@斜拉桥和连续梁主梁跨中截面竖向测点峰值加速度在行车与钢护筒施工振动耦合作用下相对其他测点稍微偏大，除与桥跨本身结构特征有关外，还可能是因为两座桥梁交通量较大，车辆较多，行车效应明显的缘故，但从测试数据来看．仍在安全监测参考规范及控制标准允许范围以内；。④在各测点无论加速度峰值还是动位移，行车与钢护筒施振耦合作用下的数值基本上要稍大于行车作用下的数值，这说明钢护筒施工振动对既有桥梁结构的振动特性有一定的影响，但从测试数据看，钢护筒施工振动对325国道九江大桥和老佛开高速九江大桥的振动影响在参考规范及控制标准允许范围以内，两座旧桥在佛开扩建九江大桥21#、22#和23静三个主墩桩基础现有施工条件和施工工艺下是安全的。3．3．4国道九江大桥斜拉索索力在桩基施工振动影响下的评价结果(一)325国道九江大桥桩基钻孔施工振动影响下的斜拉索索力测试内容根据安全监测方案和现场施工进度，在扩建九江大桥主墩桩基础钢护简施工振动前后对325国道九江大桥斜拉索索力测试，具体测试数据及分析见下表3．18～表3．2l： 表3．18主墩桩基钢护筒施工振动前后国道325九江大桥斜拉索索力测试比较湛江方向上游内侧湛江方向上游外侧索钢护筒施工钢护篙施工锅护筒施钢护筒施号索力差别索力差振动前索力振动后索力工振动前工振动后(％)别(％)(kN)索力(kN)l2533．782438．843．75％2361．382348．950．53522137．612130．150．35％1951．971947．600．22％31730．621740．81-o．5％1878．851867．31O．61％41867．361860．35O．3器1863．741860．49O．17％51751．081763．78-o．7％1906．531909．47—O．1矾61892．191925．75一1．7锚1836．911850．44-0．74％71841．631863．96-1．21％1845．5l1845．070．02％81916．981915．480．0瞒1929．251929．14O．01％91830．901807．981．25％1947．661943．92O．1％102083．922089．61-0．27％2007．861977．281．52％ll1886．911885．290．0952003．872002．76O．06％122116．302115．170．05％2060．712044．010．8116131820．151818．69O．08％1813．381812．960．0鹦141846．311813．521．78I1862．201848．14O．76％151674．401633．502．毒垂薯1672．921648．221．48薯161731．351696．022．04％1657．121654．500．16％171816．791815．29O．0器1751．951732．021．14％ 西南交通大学硕士研究生学位论文第49页表3。19主墩桩基钢护筒施工振动前后国道325九江大轿斜拉索索力比较湛江方向下游内侧湛江方向下游外侧索钢护筒施工钢护简施工钢护筒施工号振动前索力振动后索力索力差别索力差(％)振动前索力振动后索力(kN)别(％)l2406．502474．16屯．81薯1974．971998．79-1．21*22312．612366．85-2．35％1736．061758．81一1．31％32319．212317．07O．0姊1940．041950．83-0．56％41691．781700．99一O．54鼍1936．821961．49一1．27％51848．191843．850．23％1729．651755．31一1．4孵61984．972023．77一1．95％2013．152014．92-0．09％71852．301816．551．93％1806．951807．91一O．05％81777．181776．110．06％1756．881751．550．3孵91892．721882．070．56％1911．641912．46-o．04％102033．062005．071．3瓣2055．582056．99-o．O件ll1990．201959．971．5器2096．242089．500．32％121964．801971．34-0．33％1979．541964．800．74％131935．471933．720．09％1951．231930．231．08％141942．691952．71-0．52％1859．141870．17-o．5帆151627．381641．10-0．84％1672．921685．33-o．74■ 西南交通大学硕士研究生学位论文第50页161606．901600．91O．37％1538．701554．85-1．0骗171830．771840．86-0．55％1725．281741．97柚．97％181746．331785．68-2．25％1697．031740．32-2．55％表3．20主墩桩基钢护筒施工振动前后国道325九江大轿斜拉索索力比较广州方向上游内侧广州方向上游外侧索钢护筒施工铜护筒施工索力差别索力差号振动前索力振动后索力振动前索力振动后索力(％)别(％)(kN)l2093．752067．341．26％2340．022320．140．85％22080．882082．69O．0娲2143．282157．05加．6鳙32084．372080．45O．1蛾1648．211657．25-0．55％41849．381848．130．07％1843．371842．120．07％51758．771757．950．05％1753．831753．Ol0．05％61999．101965．781．67％1969．271964．03O．2孺71814．581813．860．04％1969．572043．32—3．74％81925．951891．521．79％1903．701907．03-0．17％91753．041752．140．0溉1867．341865．420．1帆101873．491866．750．30％1901．451893．760．40％ll1813．741811．240．14％1929．951927．750．11％121909．681896．81O．67l1999．301966．471．64薯131923．261923。110。0l鼍2080．522078．550．0瞩 141828．061818．96O．50％1932．691909．051．22％151768．101767．450．04％1854．811855．12-0．02％161608．971592．221．04％1634．911607．681．67％171671．511657．31O．85％1547．001525．611．38％181737．691694．952．46薯1820．851753．873．68％表3．21主墩桩基钢护筒施工振动前后国道325九江大桥斜拉索索力比较广州方向下游内侧广州方向下游外侧索钢护筒施工钢护简施工号振动前索力振动后索力索力差别索力差(％)振动前索力振动后索力(kN)(kNf)(kN)别(％)12149．642145．23O．21％2351．352323．451．1％22192．432156．241．65％2042．192040．25O．O瞩31999．001998．74O．01％1818．431810．890．41％41925．861923．350．13薯1711．451700．59O．63％51661．331724．35-3．79％1715．281674．392．38％62048．132046．56O．0眺1939．671940．23-0．03％71802．111808．82-0．37％1817．461800．190．95％81777．581799．80一1．25％1787．951764．391．32％91910．771864．892．40％1880．801916．54一1．90％101942．861960．74-0．92％2003．722000．36O．17％ll1900．191889．470．56％1734．971726．36O．50％ 西南交通大学硕士研究生学位论文第52页121982．031981．35O．03％1955．051960．35-0．27％13208I．432068，230．63％2004．232083．24-3．94％141927．701992．74-3．37％1988．941978．51O．52％151924．611922．29O．12％1951．291898．122．72％161623．991620．58O．21％1775．861776．64-o．04％171621。681620．89O．O鼹1517．621512．310．3骗181646．971626．571．24％1606．301605．23O．07％(：)325国道九江大桥在桩基钻孔施工振动影响下的斜拉索索力测试监测结论由测试数据及分析可得到以下结论；①湛江方向上游内侧和外侧索力在旄工前后的变化范围均在一1．77％一3．75％之内；湛江方向下游内侧和外侧索力在施工前后的变化范围均在一2．81％～I．93％之内；广州方向上游内侧和外侧索力在施工前后的变化范围均在一3．74％～3．68％之内{广娜方向下游内侧和外侧索力在施工前后的变化范围均在一3．94％～2．72％之内．②综上所述，325国道九江大桥斜拉索索力变化范围均在．4％44％之内，考虑到测试过程中桥面运营荷载的影响等因素，分析认为325国道九江大桥斜拉索索力在扩建九江大桥主墩桩基础钢护筒施工振动前后的变化很小。均在正常范围内，扩建桥主墩桩基础钢护筒施工振动对325国道九江大桥影响较小．3．3．S既有两座九江大桥在桩基钻孔施工振动影响下的评价结果(一)既有两座九江大桥在桩基钻孔施工振动影响下监测内容根据现场实际施工进度，共进行了21#主墩3c和2A共2个桩基钻孔修正过程的施工振动监测工作，以及23#主墩2^及3c钢护筒旋振过程中冲击锤清沙冲孔振动测试，具体测试部分数据及分析见下表3．22一表3．26，对比分析见图3．7一图3．8。 西南交通大学硕士研究生学位论文第53页表3．2221#-3C桩基钻(修)孔施工振动监测数据峰值加速度(m／S2)编号．测点位置第一次第二次第三次l连续粱21#承台水平径向0．01740．02040．03692连续粱21#承台垂向0．06910．07110．0751连续3连续粱21#承台水平切向0．01370．01860．0236粱4连续梁21#墩顶水平径向o．05780．07180．08085连续粱21#墩顶垂向0．06190．06590．0729I斜拉桥21#承台水平径向0．01390．02110．02412斜拉桥21#承台垂向0，06850．0772O．0804斜拉3斜拉桥21#承台水平切向0．0145O．02450．0255桥4斜拉桥21#墩顶水平径向0．08320．07820．07915斜拉桥219墩顶垂向0．06790．06010．0641图3．721#-3C桩基钻(修)孔施工振动监测数据分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第54页表3．2321#一2^桩基钻(修)孔旖工振动监测数据峰值加速度(m／s2)编号测点位置第一次第二次第三次l连续梁21#承台水平径向0．01910．0206O．03ll连2连续梁21／#承台垂向0．09550．10000．102l续3连续梁21#承台水平切向0，01470．0176O．0213粱4连续梁21#墩顶水平径向0．05530．06980．08485连续梁21#墩顶垂向0．06290．06820．0819l斜拉桥2l#承台水平径向0．01860．01960．0234斜2斜拉桥21#承台垂向0．08650．09980．1025拉3斜拉桥21#承台水平切向O．02lO0．0181O．023l桥4斜拉桥21#墩顶水平径向0．07750．08820．07955斜拉桥21#墩顶垂向0．06700．072l0．0843图3．82l#一2^桩基钻‘修)孔施工振动监测数据分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第55贫表3．2423#-2A钢护筒施振过程中冲击锤冲孔振动监测数据编号测点位置峰值加速度(m／s2)l连续粱23#承台水平径向0．0258连2连续粱23#承台垂向0．0443续3连续梁23#承台纵向0．0432梁4连续梁23#墩项水平径向0．06215连续梁23#墩项垂向0．0654l斜拉桥23#承台水平径向0．0299斜2斜拉桥23#承台垂向0．0294拉3斜拉桥23#承台纵向0．0258桥4斜拉桥23#墩顶水平径向0．07155斜拉桥23#墩顶垂向0．0859表3．2523#-3C钢护筒施振过程中冲击锤冲孔振动监测数据编号测点位置峰值加速度(m／s。)l连续粱23#承台水平径向0．0136连2连续粱23#承台垂向0．015l续3连续粱23#承台纵向0．0162梁4连续梁23#墩顶水平径向0．07345连续粱23#墩项垂向0．0648l斜拉桥23#承台水平径向0．0389斜2斜拉桥23#承台垂向0．0653拉3斜拉桥23#承台纵向0．0298桥4斜拉桥23#墩顶水平径向0．06655斜拉桥23#墩顶垂向0．0799 西南交通大学硕士研究生学位论文第56页袁3．26钢护筒施振过程中冲击锤冲孔振动测试数据编号测点位置峰值速度(cm／s)23-2A钢护筒23-3C钢护筒连l23#承台水平径向O．06O．05续223#承台垂向O．05O．02粱323#承台水平切向0。14O。19斜l23#承台水平径向0．18O．19拉223#承台垂向0．070．04桥323#承台水平切向O．30(二)既有两座九江大桥在桩基钻孔施工振动影响下监测结论从监测测试数据及分析来看，可以得出以下结论：①325国道九江大桥(独塔斜拉桥)和老佛开高速九江大桥(连续梁)21#主墩承台及相应墩顶各测点的峰值加速度在21#主墩3C和2A钻(修)孔施工过程中均远小于0．059(O．49m／s2)，满足安全监澳9参考规范的要求；两座既有桥在佛开扩建九江大桥21#主墩桩基钻孔现有施工条件和施工工艺下是安全的l②根据现场实际施工进度，进行了扩建桥23#主墩2A及3C钢护筒施振过程中冲击锤清沙冲孔振动测试，由表表3．26所示测试数据可知，在小型冲击锤清沙冲孔过程中，23#主墩承台各测点三向速度峰值均远小于3．Ocm／s，表明该施工振动对既有桥梁的影响在安全监测参考规范及控制标准允许范围以内；③由表3．22一表3．26及图3．7一图3．8可以看出，在桩基钻孔过程中，施工振动传播主要表现为竖向振动，且随着钻孔深度的增加，21#主墩承台及墩顶测点峰值加速度呈缓慢上升趋势，但最大值远小于0．059(O．49m／s2)，满足安全监测参考规范的要求． 西南交通大学硕士研究生学位论文第57萸第4章既有两座九江大桥的动态时程分析4．1动态时程分析方法4．1．1发展过程简介借助于强震台网收集到的地震记录和模拟电子计算机，豪斯纳在20世纪50年代末开始把地震记录输入到结构上，来计算结构的地震反应，这种方法即为最初的动态时程分析方法．日本则于60年代初。在武藤清教授的领导下，也开始进行这种研究。随着数字计算机的发明，动态时程分析方法在国外60～70年代得到迅速发展，在国内大量开展这方面工作，则始于70年代末和80年代初期．迄今为止．结构非线性动力时程分析方法仍得到大量研究，虽然计算方法已经相当成熟，但依然存在一些难于解决的问题．这些闯题主要包括：(1)输入地震动问题；(2)结构一基础一土相互作用问题；(3)结构构件的非线性动力特性和屈服后的行为．这些问题在很大程度上影响了非线性动力时程分析的结果，因此，一般要求能够对分析结果进行解释，并与反应谱结果进行相互比较和校核(在线性范围内)。然而，随着计算手段的不断进步和对结构地震反应认识的不断深入，动态时程分析方法已越来越受到重视．对体系复杂的桥梁的非线性地震反应，动态时程分析方法还是理论上唯一可行的分析方法，最新的日本与美国规范都已将此方法列为规范采用的分析方法之一．4．1．2动态时程分析方法动态时程分析方法，是将地震记录或人工波作用在结构上，直接对结构运动方程进行积分，求得结构任意时刻地震反应的分析方法，所以动态时程分析方法也称为直接积分法．根据分析是否考虑结构的非线性行为，动态时程分析方法以可分为线性动态时程分析和非线性动态时程分析两种，但不管是那一种，分析过程都嚣要借助计算机程序完成，其执行步骤如下：1)将振动时程分为一系列相等或不相等的微小时间间隔At；2)假定在舡时间间隔内，位移、速度和加速度按一定规律变化(中心差分、常加速度、线性加速度、Newmark一多法或Wilson一0法等)； 西南交通大学硕士研究生学位论文第58页3)求解t+At时刻结构的地震反应。t+At时刻结构的动力平衡方程可以表示为如下的增量形式：[KD】{△l‘’。·{A昂’式中，Ⅸ。1和{△FD}分别为结构等效动力刚度和等效荷载向量g∞对一系列时间间隔按上述步骤进行积分，直到完成整个振动时程。从理论上讲。弹塑性动态时程分析提供了对结构地震反应的最准确计算，而且它还可以同时进行结构在地震动作用下进入塑性后的需求与能力比较．但是，弹塑性动态时程分析方法需要耗费大量的计算时间，输出大量的计算数据，这些都不利于工程师进行结构设计．因此，对于大量常规的桥梁结构，一般不采用这种分析方法。在很多情况下仅限于进行弹性动力时程分析：只有特别复杂和重要的桥梁，才需要使用弹塑性动态时程分析方法．4．2既有两座九江大桥理论模拟计算分析说明理论上可将桩基施工振动引起的地基振动表达成既有结构在与岩土交界面上所受的力．时间函数，然后根据结构运动方程可求出既有结构位移，速度和加速度等动力响应，但这种力．时问函数很难确定，因此用此方法研究既有桥梁结构施工振动的动力效应难以得到实际应用i另一种方法是将基础或地基的实测施工振动信号作为处于静止状态建筑结构的初始条件，然后根据运动方程求解该结构动力响应，该方法类似于结构的地震反应分析，显然比第一种方法更具可行性。本监测的理论模拟计算即采用上述第二种方法，采用大型有限元软件就钢护筒施工振动对既有桥梁结构的影响进行了模拟．计算时既有桥梁结构采用空问有限元模式，并着重于结构刚度、质量和边界条件的模拟．4．3既有两座九江大桥有限元模型建立及自振特性分析4．3．1国道九江大桥(独塔斜拉桥)有限元模型及自振特性分析(--)、计算模型说明325国道九江大桥工程概况见第三章3．3．1，由于钢护筒施工振动的空同性和随机性，类似于地震反应分析，本桥计算模式采用空间有限元分析模式．在建立有限元模型时着重于结构的刚度、质量和边界条件的模拟．建立该桥模型时，主粱、主塔和两个边界墩均采用空问粱单元，斜拉索采用桁架单元．根据现场施工振动安全监测实际情况，在两个边界墩和主塔柱与承台相交截面采用固结边界条件，约束空间6个自由度；主梁在两个边界墩墩顶 西南交通大学硕士研究生学位论文第59页处，竖向、横向、扭转以及绕竖向的转动自由度与墩顶主从；主梁与主塔相交位置采用塔梁固结边界条件；建模时还考虑了二期恒载对结构动力特性的影响，主要将二期恒载换算为主粱等效密度．空问有限元计算模型如下图4．1所示：图4．1325国道九江大桥主桥(独塔斜拉桥)有限元模型立体图(二)自振特性分析多自由度体系结构的动力平衡方程可以写为：【膨】p}+【C】垆’+【xlp’-{F}在无外力作用时，[rl-0，同时不考虑阻尼作用即有【c】-O时，便得结构的无阻尼自由振动方程为：【^，】{6)+【K】{6)·0该方程为二阶常系数奇次线性微分方程组，其解的形式为16(01。p’sin甜，代入上式可得；([Kl-c02【肼】)p卜0该式是一个n阶线性代数方程组，求非零解则可令其系数行列式为零，即：det([K]-a，2【掰】)-O 西南交通大学硕士研究生学位论文第60页可见自振特性分析最终归结为解形如(M卜川E】)仁}-IO的广义特征值问题，其中特征值即为结构体系的自振频率，特征向量即为结构体系的自振振型。在上述计算模型的基础上，运用有限元程序计算了325国道九江大桥主桥(独塔斜拉桥)的自振特性，并以其计算结果为基础，进行结构钢护筒施工振动计算模拟分析．计算模型的前15阶自振频率及振型如下表4．1和图4．2．--4．31所示：表4．1325国道九江大桥主桥(独塔斜拉桥)前十五阶振型与频率振型序列频率(Hz)振型名称备注l0．4099主粱竖弯一阶竖弯反对称一阶，耦合索塔纵弯20．7492主梁竖弯二阶竖弯对称一阶30．7695塔柱侧弯一阶41．0809主梁侧弯一阶侧弯反对称一阶51．0922主梁竖弯三阶竖弯反对称二阶61．2116主粱侧弯二阶侧弯对称一阶71．2453主梁竖弯四阶竖弯对称二阶8I．3443主梁竖弯五阶竖弯反对称三阶t耦合索塔纵飘91．6297主梁扭转一阶耦合索塔纵桥向弯曲，扭转为主101．9479主梁竖弯六阶竖弯反对称四阶1l2．0567边界墩纵桥向弯曲一阶122．1207主粱竖弯七阶竖弯对称三阶132．1738主梁竖弯八阶竖弯反对称五阶142．2999主粱侧弯三阶侧弯反对称二阶152．3959主粱侧弯四阶侧弯对称二阶，耦合塔柱侧弯从325国道九江大挢主桥的自振振型与频率分析可见：在第一至第八阶振动中，除第三阶以索塔侧弯为主外，其他七阶均以主梁的振动为主，第一阶振动为主梁面内反对称竖弯一阶，同时耦合索塔的纵向弯曲，主梁面外的侧弯一阶则出现在第四阶振型，面内、面外振动基频分别为0．4099Hz和1．0809Hz，两者的比值为0．379，说明桥跨结构面外侧向振动影响要弱于面内竖向振动，即面外稳定性要强于面内稳定性；索塔塔柱侧弯出现在第三阶， 西南交通大学硕士研究生学位论文第61页说明索塔侧向刚度较小：自由振动时主梁扭转出现在第九阶，扭转振动出现较迟说明该桥主梁抗扭性能较好。边界墩纵桥向弯曲出现在第十一阶，这与模型边界约束条件有关；以后其他各阶即为各振型对应的高阶振动．^r⋯⋯一一一{兰二f—1_—-。_曛硝—计分卜壮鲺谢葺嘲“j—』』——二土—上LL二且—型L—L—L0jj二—ji上上二o，』』图4。2第一阶一主粱竖弯反对称一阶(平面)图4．3第一阶一主粱竖弯反对称一阶(立面)熊山上圈4．4第二阶一主粱竖弯对称～阶(平面)图4．6第三阶一塔柱侧弯对称一阶(平面)图4．5第二阶一主粱竖弯对称～阶(立面)图4．7第三阶一塔柱侧弯对称一阶(侧面) 西南交通大学硕士研究生学位论文第62页图4．8第四阶一主梁侧弯反对称一阶(平面)图4．9第四阶一主梁侧弯反对称一阶(立面)fl‘；}l!}l‘’㈣：!jll{。}，，，．；{i㈣ll，{i；{j图4．10第五阶一主粱竖弯反对称二阶(平面)图4．1l第五阶一主粱竖弯对称二阶(立面)图4．12第六阶一主梁侧弯对称一阶(平面)圈4．13第六阶一主粱侧弯对称一阶(立面) 西南交通大学硕士研究生学位论文第63页l㈦l!j‘删i}}I；{’：，2㈦5l，ii}J‘}，图4．14第七阶一主梁竖弯对称二阶(平面)图4．15第七阶一主梁竖弯对称二阶(立面)；r，t；㈡熊；‘||_：：㈠⋯⋯}；样：+|}i图4．16第八阶一主粱竖弯反对称三阶(平面)图4．1"／第八阶一主粱竖弯反对称三阶(立面)一阿图4。18第九阶一主粱扭转一阶(立面)图4．19第九阶一主粱扭转一阶(侧面) 西南交通大学硕士研究生学位论文第64页|||||⋯|}||⋯||!|l㈣⋯f川I!|1{j，，}|I{㈧；M。j；．㈦图4．20第十阶一主粱竖弯反对称四阶(平面)图4．21第十阶一主粱竖弯反对称四阶(立面)图4．22第十一阶一边界墩纵桥向弯曲一阶(平面)图4．23第十一阶一边界墩纵桥向弯曲一阶(立面)州}山图4．24第十二阶一主粱竖弯对称三阶(平面)图4．25第十二阶一主梁竖弯对称三阶(立面) 西南交通大学硕士研究生学位论文第65萸；l髓㈠|={I蝌㈠圈4．26第十三阶一主粱竖弯反对称五阶(平面)图4．27第十三阶一主梁竖弯反对称五阶(立面)图4．28第十四阶一主粱侧弯反对称二阶(平面)图4．29第十四阶一主梁侧弯反对称二阶(侧面)图4．30第十五阶一主梁侧弯对称二阶(平面)图4．31第十五阶一主梁侧弯对称二阶(侧面)在前15阶振型中，各振型参与系数，。．型擘她之和分别如下：x⋯Ⅳ}；【膳】{妒}。向(纵向)为81．22％，y向(横向)为64．38％，z向(竖向)为38．42％；可见高阶振型对纵向影响较小，对横向影响次之，雨对竖向影响最大．为保证在时程分析中结果的精确，在计算分析中共取了前300阶振型，其振型参与系数之 萏南交通大学硕士研究生学位论文第66页和分别为：纵向96．87％，横向97．46％，竖向98．44％，均大于95％，因此可以达到较高的计算精度。4．3．2佛开高速九江大桥(连续梁)有限元模型及自振特性分析(--)计算模型说明佛开高速九江大桥工程概况第三章3．3．I，由于钢护筒旋工振动的空间性和随机性，类似于地震反应分析，本桥计算模式采用空间有限元分析模式，主梁、22#、23#和24#三个主墩均采用空间梁单元建立空问模型，而20#，21#、25#以及26#桥墩由于距离钢护筒施打现场较远，地振动影响很小，因此没有建立计算模型，均直接采用边界约束条件进行模拟，这样既能减少计算量，又能保证计算的精度．根据现场实际情况，在三个主墩与承台相交截面采用固结边界条件，约束空间6个自由度：主梁在三令主墩墩顶处，在主梁顶部和主梁底部节点之间采用刚性连接；主梁底部节点与主墩墩顶节点之间，在23#主墩位置处，纵向、竖向、横向、扭转以及绕竖向的转动自由度与墩顶采用弹性连接，在22#和24#主墩墩顶位置处，竖向、横向、扭转以及绕竖向的转动自由度与墩顶采用弹性连接：其他四个桥墩位置处，直接约束住主梁顶部节点的竖向、横向、扭转以及绕竖向的转动自由度．有限元计算模型如下图4．32所示：图4．32佛开高速九江大桥主桥(连续粱)有限元模型立体图(二)自振特性分析在上述计算模型的基础上，运用有限元程序计算了佛开高速九江大桥主桥(连续梁)的自振特性，并以其计算结果为基础，进行结构的钢护筒施工 西南交通大学硕士研究生学位论文第67页振动分析。计算模型的前15阶自振频率及振型如下表4．2和图4．33．4．62所示：表4．2佛开高速九江大桥主辑(连续粱)前十五阶振型与频率振型序列频率(Hz)振型名称备注10．4721主梁竖弯一阶竖弯反对称一阶20．8645主梁竖弯二阶竖弯对称一阶30．8959主梁竖弯三阶竖弯反对称二阶40．9507主粱侧弯一阶侧弯反对称一阶5I．1856主粱侧弯二阶侧弯对称一阶6I．3929主粱竖弯四阶竖弯反对称三阶7I．6226主粱竖弯五阶竖弯对称二阶82．0606主粱侧弯三阶侧弯对称二阶92．1305主粱侧弯四阶侧弯反对称二阶102．1784主粱竖弯六阶竖弯反对称四阶ll2．2592主梁侧弯五阶侧弯对称三阶122．5592主粱侧弯六阶侧弯反对称三阶132．6483主粱竖弯七阶竖弯对称三阶143．0995主粱竖弯八阶竖弯对称四阶153．1792主梁竖弯九阶竖弯反对称五阶从佛开高速九江大桥主桥的自振振型与频率分析可见：在前15阶振型中，基本以主梁的振动为主，第一阶振型为主梁面内反对称竖弯一阶；主粱面外的侧弯一阶则出现在第四阶振型，面内、面外振动基频分别为0．47211-Iz和0．9507Hz，两者的比值为0．497．说明桥跨结构面外侧向振动影响要弱于面内竖向振动，即面外稳定性要强于面内稳定性：以后其他各阶即为各振型对应的高阶振动。 西南交通大学硕士研究生学位论文第68页图4．33第一阶一主梁竖弯反对称一阶(平面)图4．34第一阶一主粱竖弯反对称一阶(立面)图4．35第二阶一主粱竖弯对称一阶(平面)图4．36第二阶一主梁竖弯对称一阶(立面)图4．37第三阶一主粱竖弯反对称二阶(平面)图4．38第三阶一主粱竖弯反对称二阶(立面)图4．39第四阶一主梁侧弯反对称一阶(平面)图4．40第四阶一主粱侧弯反对称一阶(立面)圈4．41第五阶一主粱侧弯对称一阶‘平面)图4．42第五阶一主粱侧弯对称 西南交通大学硕士研究生学位论文第69页图4．43第六阶一主梁竖弯反对称三阶(平面)圈4．44第六阶一主梁竖弯反对称三阶(立面)图4．45第七阶一主粱竖弯对称二阶(平面)图4．46第七阶一主梁竖弯对称二阶(立面)图4．47第八阶一主梁侧弯对称二阶(平面)图4．48第八阶一主梁侧弯对称二阶(立面)圈4．49第九阶一主梁侧弯反对称二阶(平面)图4．50第九阶一主粱侧弯反对称二阶(立面)图4．51第十阶一主粱竖弯反对称四阶(平面)鹫4．52第十阶一主粱竖弯反对称 西南交通大学硕士研究生学位论文第70页图4．53第十一阶一主粱侧弯对称三阶(平面)图4．54第十一阶一主粱侧弯对称三阶(立面)图4．S5第十二阶一主粱侧弯反对称三阶(平面)图4．56第十二阶一主粱侧弯反称三阶(立面)图4．57第十三阶一主粱竖弯对称三阶(平面)图4．58第十三阶一主粱竖弯对称三阶(立面)图4．59第十四阶一主粱竖弯对称四阶(平面)图4．∞第十四阶一主粱竖弯对称四阶(侧面)图4．61第十五除一主粱竖弯反对称五阶(平面>图4．62第十五阶一主粱竖弯反对称五阶(侧面) 西南交通大学硕士研究生学位论文第71页在前15阶振型中，各振型参与系数r．．丝!i巴!!!!之和分别如下。x⋯{妒}；【M】{妒h向(纵向)为90．92％，Y向(横向)为79．36％，2向(竖向)为30．69％：可见高阶振型对纵向影响较小，对横向影响次之，而对竖向影响最大。为保证在时程分析中结果的精确，在计算分析中共取了前300阶振型，其振型参与系数之和分别为：纵向97．53％。横向99．73％，竖向97．60％，均大于95％，因此可以达到较高的计算精度．4．4既有两座九江大桥的动态时程分析4．4．I模拟地震动输入模式我国铁路工程或公路工程抗震规程规定。只有位于烈度为9度区的悬臂结构应考虑竖向地震力作用，其地震力系数为K=I／2K。．而纵向或横向地震力验算是分别进行的，不必考虑正交地震力的组合。实际上，由于地震力方向的不确定性，并考虑到两个互相垂直的水平方向和竖向同时发生地震力的可能性，应进行正交地震力的组合。在进行实际工程的地震反应时程分析时，如通过地震危险性分析能得到两个水平向(纵桥向和横桥向)的人工地震对程记录和竖向人工地震时程记录，可采用多向同时输入进行结构地震反应分析；如果所得到的仅是水平向与竖向人工地震时程记录，则同时进行水平和竖向输入(包括纵桥向+竖向，横桥向+竖向两种组合1．地震动的输入模式又可分为同步，不同步单点输入和同步，不同步多点输入．对于中，小桥梁，可假设所有支承点上的水平地面动力都是相同的。因而进行同步输入．对于桥梁长度(或单跨跨度)很大的桥梁，各支承点可能位于显著不同的场地上，因此应考虑地面运动的空间变化性(包括行波效应)，进行不同步输入．欧洲规范指出，当存在地质不连续或明显的不同地貌特征，或桥长大于600m时，要考虑地震运动的空间变化性．又如桥梁墩台具有深基础时(如桩基)，在基础不同深度上的地震时程可能不同，要进行多点输入(包括纵桥向+竖向，横桥向+竖向两种组合k本文采用的地震动力输入模式取为地振动输入模式选为纵桥向+横桥向+竖桥向，纵桥向+竖桥向，以及横桥向+竖桥向三种组合模式，所有数据均取自实测数据．， 西南交通大学硕士研究生学位论文第72页4．4．2国道九江大桥时程计算结果及分析动态时程分析法主要依据已有的地震加速度记录或由其它方法确定的地震波来求解结构地震反应，可以分析结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步开裂、损坏直至倒塌的全过程。多自由度结构体系地震反应的动力平衡方程为：[Mlla}+[Cl{6}+【K1{6"-·恤舻弘。(f)上式中瞰】为结构体系的整体质量矩阵，【c】为结构体系的阻尼矩阵，Ⅸ】为结构体系的整体刚度矩阵，¨J为单位矩阵，巳V，为结构支承点的地震动，在本次安全监测过程中即为每个钢护简施振过程中各个jl茳测测点所测试记占^、录的加速度时程曲线．对结构输入外在激励p|w，通过一定的数值方法可以求解到结构体系的加速度、速度以及位移变化规律，进而得到结构体系重要位置处的内力变化规律．(一)计算工况及对应工况下的加速度时程曲线由佛开高速扩建工程九江大桥主墩基础钢护筒施工振动安全监测数据，可以得到主墩承台安全监测测点在每个钢护简施打过程中的加速度时程曲线，类似于实际工程的地震反应时程分析，可以对两座既有九江大桥进行钢护筒施工振动时程分析，从而得到结构位移和内力变化规律，最终可以对既有桥梁结构作出相应的安全评价．三个主墩(21#、22#和23静)共计27个钢护筒，计算量较大，因此从众多工况下的加速度时程曲线中选取具有代表性的测试数据进行计算分析评估．选取加速度时程时要考虑到地振动能量传递、衰减规律，一般认为临近钢护筒施振位置的既有桥梁结构上测点的振动反应相对比较大，因此计算分析采用的加速度时程曲线主要选取临近水上施工平台的主墩承台上测点位置处的测试数据：另外从实测振动数据可以看出，既有两座九江大桥的施工振动反应均比较小，空问距离较远位置处主墩承台测点的振动将更小，因此在进行地振动输入时一般偏安全地不考虑地振动的空间变化性，即选取振动数据较大位置处的加速度时程对结构进行同步输入．由于实测采样时间间隔为0．001s，即采样频率为1000Hz，数据量较大， 西南交通大学硕士研究生学位论文第73页因此对数据进行二次处理，每间隔0．02s(即频率为50Hz)读取一个加速度数据，不同工况、不同测点位置处的峰值加速度的选取结果如下表4．3所示：表4．3计算工况及对应工况下的峰值加速度工况钢护简峰值加速度持续序编号测点位置时间振动输入模式横向竖向纵向(s)号(m／s2)(m／s1)(m／s2)斜拉桥22#墩承l22-2C0．07000．10900．035261．44纵向+横向+竖向台斜拉桥22#墩承222-2C0．07000．10900．035261．44纵向+竖向台斜拉桥22#墩承322-2C0．07000．10900．035261．44横向+竖向台斜拉桥22#墩承422-3B0．03140．03610．035650纵向+横向+竖向台斜拉桥22#墩承522-3B0．03140．03610．035650纵向+竖向台斜拉桥22#墩承622-3BO．03140．03610．035650横向+竖向台(二)时程计算结果及分析根据上述分析，对结构进行了计算，计算结果如下4．44．8：桥墩及主梁各重要截面位置如图3．3所示：其中1-1截面位于左跨主梁1／4截面(位于21、22#墩之间)，2-2截面位于左跨主梁跨中，3-3截面位于左跨主梁根部塔梁墩固结位置处，4-4截面位于左跨主梁梁端位置。 西南交通大学硕士研究生学位论文第74责●II——————If[-_---●-■■●-_●■■■●--■-_●●●_●●______一表4．4325国道九江大桥主桥各桥墩重要截面最大内力计算结果工墩号位置轴力剪力平面内弯矩出乎面弯矩况N(kN)Qy(kN)Oz(kN)Mz(kN奉m)bly(kN*m)墩项49．5lO17．72O43．682l墩底111．509．3622．24162．80266．70塔梁墩固结处1019．0045．2854．13776．00691．80l22墩底1435．00198．90206．004965．003304．00墩顶43．06O17．74O43．6623墩底103．409．3422．27160．10266．80墩顶37．60O0O21墩底78．449．35O151．40O塔梁墩固结处964．6045．294．5l775．0031．19222墩底1297．00198．9004965．003．94墩顶37。96O23墩底78．629．350161．40O墩顶45．70O17．7lO43．6721墩底107．602．8222．2525．54266．70塔梁墩固结处1019．OOO54．13O691．80322墩底1435．00O206．OO03304．00墩项45．75017。74O43．6623墩底107．302．8222．270266．80墩顶24．8lO12．16031．5921墩底62．526．4716。8l106．00188。80塔梁墩固结处230．9024．7740．52393．90499．20422墩底385．60143．30147．703579．002385．00墩顶18．47012。15O31．5823墩底54．656．2016．80107．20188．80墩顶11．25O0O2l墩底22．626．340105．500塔粱墩固结处179．4024．781．60393．909．98522墩底280．70143．30O3579．00O墩顶8．38O023墩底19．546．34O105．500 西南交通大学硕士研究生学位论文第75页墩顶20．90012．15031．5821墩底58．64O16．829．53188．80塔梁墩固结处230．90O40．520499．20622墩底385．60O147．70O2385．00墩顶20．92O12．16O31．5823墩底58．52O16．809．53188．80注：所有主梁计算结果均是相对于整体坐标系而言。桥墩计算结果均是相对于单元坐标系而言，即x坐标轴为竖向，y坐标轴为纵桥向。z坐标轴为横桥向．余下各表格相同。表4,5325国道九江大桥主桥主粱各重要截面最大内力计算结果工况序平面内弯矩出平面弯矩号主粱截面轴力N(kN)My(kN*m)Mz(kN*m)I-I52．63395．001307．00l2-268．78293．201006．003-3106．70479．102461．00I-I52．62395．00O22-268．79293．20O3-3106．70479．100I-I24．39233．501307．0032—254．8l246．001006．003-399．06420．902461．00I-I34．77235．20900．4042-240．47139．IO655．603-362．87277．901569．00l—l34．78235．20O52-240．46139．10O3-362．87277．90OI-I14．34113．50900．4062-236．4370．58655．603-363．68162．201569．00 西南交通大学硕士研究生学位论文第76页表4．6325国道九江大桥主桥斜拉索最大索力计算结果(工况1)广州侧上索力湛江侧上索力广州侧下索力湛江侧下索力游索号“N)游索号(kN)游索号(kN)游索号(kN)13．34l3．12l4．92l4．3324．1623．7025．4224．6434．2933．7735．2734．4744．4343．6644．7244．4754．8054．2555．1054．8565．0564．7665．5365．2775．517。5．1375．8775．5585．8585．3586．1285．7l96．0495．4596．2395．73106．08105．43106．2llO5．66ll5．9lll5．34ll6．00ll5．5l125．52125，18125．58125．3l134．92135．04134．96135．13144．1lt44．86144．13144。9l153．1l154．66153．“154．67162．26165．30162．27165．13172．95176．00173．19175．83183．93186．74184．18186．57表4．7325国道九江大桥主桥斜拉索最大索力计算结果(工况4)广州侧上索力湛江侧上索力广州侧下索力湛江侧下索力游索号(kN)游索号(kN)游索号(kN)游索号(kN)l1．7ll1．“I2．74l2．2722．3822，1823，2522．8332．9l32．8533．7333．3243．2643．2943．9843．6953．4653．6554．0953．89 西南交通大学硕士研究生学位论文第77页63．5663．6464．0463。9373．7873．6074．1473．8483．8883．4984．1783．6893．8893．4094．1093．53103．73103．45103．90103．541l3．44113．44ll3．57113．50123．04123．37123．12123．43132．86133．39132．92133．39142．66143．46142．70143．43152．40153．47152．44153．42162．10163．48162．13163．48172．08173．62172．10173．59182．96183．77182．98183．75表4．8325国道九江大桥主桥桥墩及主粱各重要截面最大相对位移计算结果工况墩台号及主横向相对位移序号粱截面截厦位置纵向相对位移(ram)(mm)21主梁一墩顶O．18O22塔顶一墩底1．36O．92l23主粱一墩顶O．19O主梁跨中一塔底1．70(竖向)O．26主粱截面主粱I／4截面一塔底t．78(竖向)O．332l主粱一墩项O．18O22塔顶一墩底1．36O223主粱一墩顶O．19O主梁跨中一塔底I．70(竖向)O主粱截面主梁I／4截面一塔底1．78(竖向)O32l主粱一墩顶O22塔顶一墩底OO．9223主粱一墩项O主粱截面主粱跨中一塔底0．72(竖向)O．26 西南交通大学硕士研究生学位论文第78页主粱1／4截面一塔底o．80(竖向)O．332l主梁一墩顶O．1lO22塔顶一墩底O．76O．65423主粱一墩顶0．12O主梁跨中一塔底1．06(竖向)O．20主粱截面主粱1／4截面一塔底1．05(竖向)O．2521主梁一墩顶O．11O22塔顶一墩底o．76O523主梁一墩顶O．12O主梁跨中一塔底1．06(竖向)O主粱截面主梁1／4截面一塔底1．05(竖向)02l主粱一墩顶O22塔顶一墩底O623主梁一墩顶O主粱跨中一塔底o．45(竖向)O．20主粱截面主梁1／4截面一塔底o．49(竖向)O．25由表4．4～4．8分析可以看出：1)在22—2c或22—3B钢护筒施工振动激励作用下，结构各重要截面在各个工况下的内力和位移计算值都很小，斜拉索索力增量也很小，这表明该施工振动对既有桥梁结构影响很小，在此振动激励作用下结构始终处于弹性状态，结构是安全的；2)由各对应工况的对比分析可以看出。在22—2C钢护筒施工振动激励作用下结构各重要截面的内力和位移计算值以及斜拉索索力增量普遍大于在22—3B钢护筒施工振动激励作用下的计算值，这与安全监测实测数据以及现场监测情况相吻合．4．4．3佛开高速九江大桥时程计算结果及分析(一)计算工况及对应工况下的加速度时程煎线地振动输入模式取为纵桥向+横桥向+竖桥向，纵桥向+竖桥向，以及横桥向+竖桥向三种组合模式。所有数据均取自实测数据。由于实测采样时间间隔为0．001s(即采样频率为1000Hz)，数据量较大， 西南交通大学硕士研究生学位论文第79页因此对数据进行二次处理，间隔0．02s(即频率为50Hz)读取一个加速度数据，不同工况、不同测点位置处的峰值加速度时程的选取结果如下表4．9所示：表4．9计算工况及对应工况下的峰值加速度工峰值加速度持续况钢护筒编号测点位置时间输入模式序横向竖向纵向(s)号(m／s2)连续粱22#墩承纵向+横向+竖l22-2A0．08270．0508o．044493．36台向连续梁22#墩承222-2A0．08270．05080．044493．36纵向+竖向台连续粱22#墩承322-2A0．08270．05080．044493．36横向+竖向台连续梁22#墩承纵向+横向+竖422-3B0．03930．03610．035650台向连续梁22#墩承522-3B0．03070．03610．035650纵向+竖向台连续梁22#墩承622-3BO．0354O．03610．035650横向+竖向台(二)时程计算结果及分析根据上述分析，对结构进行了计算，计算结果如下表4．10．4．12：桥墩及主梁各重要截面位置如图3．4所示：其中1．1截面位于左边跨主梁跨中截面(位于21#和22#墩之同)，2-2截面位于左边跨主梁根部位置，3．3截面位于左主跨主梁跨中截面(22静和23#墩之问)，4．4截面位于左主跨主梁I／4截面，5．5截面则位于左主跨主梁根部位置处． 表4．10各桥墩重要截面最大内力计算结果工况墩号位置轴力剪力平面内弯出平面弯矩序号N(kN)Qy(kN)Qz(kN)地(kN·m)My(kN·皿)墩顶139．907．7976．36O664．7022墩底173．4040．5283．96476．601925．00墩项143．00275．7096．05O831．80l23墩底174．70284．10104．54769．002543．00墩顶125．408．1475．77O658．9024墩底159．4042．7283．15507．501923．00墩项139．907．79O022墩底173．4040．52O476．600墩顶143．00275．70O223墩底174．70284．10O4769．00O墩顶126．408．14O24墩底159．4042．72O507．50O墩顶132．70O76．360664．7022墩底166．10O83．96O1925．00墩项143．00096．05O831．80323墩底174．70O104．50O2543．00墩顶132．60O75．77O658，9024墩底166．60O83．15O1923．00墩顶87．344．4768．43O595．0022墩底96．1523．2573．12273．401678．00墩顶81．05235．1082．840730．30423墩底89．02243．1091．234061．002082．00墩顶69．494．5967．58O594．5024墩底78．2524．0872．94286．101666．005墩顶87．344．470O022墩底96．1523．25O273．40O墩顶81．05236．10O0O23墩底89．02243．1004061．00O 西南交通大学硕士研究生学位论文第81页墩顶69．494．59024墩底78．2524．080286．10O墩项77．10O68．43O595．0022墩底85．23O73．1201678．00墩顶81．05OB2．84O730．30623墩底89．02O91．23O2082．00墩项77．13O67．58O594．5024墩底85．38O72．94O1666．00注，所有主梁计算结果均是相对于整体坐标系而言。桥墩计算结果均是相对于单元坐标系而言，即x坐标轴为竖向，y坐标轴为纵桥向，z坐标轴为横桥向．余下各表格相同。表4．11主粱各重要截面最大内力计算结果平面内弯矩工况序号主粱截面轴力N(kN)出平面弯矩Mz(kN·m)gy(kN·m)1-140．07490．20321_602-264．3l1394．00617．80l3-3113．70416．20358．904-4119．10654．40201．405-5131．001025．001021．001-140．07490．2002-264．3l1394．00O23-3113．70416．20O4-4119．10654．40O5-5131．001025．00O1-110．32343．30321．602-228．96792．90617．8033-328．30189．10358．904-425．32279．50201．405-528．86084．701021．OO41一l31．52406．00251．902-252．581154．00601．103-389．53419．70401．80 西南交通大学硕士研究生学位论文第82页4-4100．20555．20137．405-5116．80707．201058．001-131．52406．OOO●2-252．581154．00O53-389．53419．70O4-4100．20555．ZOO5-5116．80707．20O1-16．65161．30251．902-214．98671．50601．1063-318．66148．40401．804-419．80204．60137．405-517．33835．401058．00表4．12各墩及主粱各重要截面最大相对位移计算结果墩台号及纵向相对位移横向相对位移工况序号位置主粱截面(mm)(m)22主粱一墩项O．66023主粱一墩顶O24主粱一墩顶O．650l卜1主粱截面-22#墩底0．36(竖向)O．13主梁截面3-3主梁截面-23#墩底1．31(竖向)O．384—4主梁截面-23#墩底0．96(竖向)O．2822主粱一墩顶O．66O23主粱一墩顶O24主粱一墩顶O．65O2卜1主粱截面一22#墩底0．36(竖向)O主粱截面3-3主粱截面-23#墩底1．3l(竖向)04-4主梁截面-23#墩底0．96(竖向)0322主粱一墩顶O023主榘一墩顶O24主粱一墩顶O0主梁截面1-1主粱截面-22#墩底0(竖向)O．13 西南交通大学硕士研究生学位论文第83页3-3主梁截面-23#墩底0．14(竖向)0．384-4主粱截面-23#墩底0(竖向)0．2822主梁一墩顶O．56023主粱一墩顶0．23O24主梁一墩顶O．5504I-I主梁截面-22#墩底0．42(竖向)O．10主粱截面3-3主梁截面-23#墩底1．24(竖向)O．344-4主粱截面-23#墩底0．92(竖向)O．2522主梁一墩顶O．56O23主粱一墩顶O．23O24主梁一墩项O．55O5I-1主粱截面-22it墩底0．42(竖向)O主粱截面3-3主梁截面-23#墩底I．24(竖向)O4-4主粱截面-23#墩底0．92(竖向)O22主粱一墩项O23主粱一墩顶O24主粱一墩顶O6I-I主粱截面-22#墩底0(竖向)O．10主粱截面3-3主粱截面-23#墩底0．18(竖向)O．344-4主粱截面-23#墩底0(竖向)O．25由表4．10～4．12分析可以看出：1)在22—2A或22—3B钢护筒施工振动激励作用下，结构各重要截面在各个工况下的内力和位移计算值都很小，这表明该施工振动对既有桥梁结构影响很小，在此振动激励作用下结构始终处于弹性状态，结构是安全的；2)由各对应工况的对比分析可以看出，在22—2A钢护筒施工振动激励作用下结构各重要截面的内力和位移计算值普遍稍大于在22--3B钢护筒施工振动激励作用下的计算值，这与安全监测实测数据以及现场监测情况基本一致． 西南交通大学硕士研究生学位论文第84页第5章结语综合现场施工振动监测数据分析、施工前后斜拉桥索力测试对比分析以及两座既有桥梁结构的理论模拟计算，可以得到以下几点结论：1、在扩建九江大桥主墩桩基钢护筒整个施工过程中采用了安全监测报警及协调系统，确保了两座既有桥梁结构在此施工期间的安全性：①从监测测试数据及分析来看，325国道九江大桥(独塔斜拉桥)和老佛开高速九江大桥(连续梁)各测点的振动最大速度在钢护筒施振过程中均小于3．Ocm／s，钢护筒旎工振动对325国道九江大桥和老佛开高速九江大桥的振动影响满足安全监测参考规范和控制标准的要求：两座旧桥在佛开扩建九江大桥三个主墩桩基27根钢护筒现有施工条件和施工工艺下是安全的；②在主墩桩基钻(修)孔过程中，竖向振动相对其他方向比较明显，且随着钻孔深度的增加，主墩承台及墩顶测点峰值加速度呈缓慢上升趋势，但其速度最大值远小于3．Ocm／s，满足安全监测参考规范和控制标准的要求；③小型冲击锤清沙冲孔过程中，施工振动对既有桥梁结构影响很小，不会对既有桥梁结构造成损伤．2、由施工前后两次索力测试结果分析表明，325国道九江大桥斜拉索索力在扩建九江大桥主墩桩基础钢护筒施工振动前后的变化很小，均在正常范围内，扩建桥主墩桩基础钢护筒施工振动对325国道九江大桥影响较小。3、由理论计算结果可以看出，两座既有桥梁结构在钢护筒施工振动影响下的内力值和位移值均较小，在此施工振动激励作用下两座既有桥梁结构均处于弹性状态，因此通过理论计算分析表明钢护筒施工振动对既有桥梁结构的影响很小，这与监测测试数据以及现场监测结果相吻合．4、根据主墩桩基钢护筒的施打过程和两座旧桥振动测点的测试数据及分析，从保护既有桥梁结构施工安全的角度看，在大直径钢护筒的施工过程中应注意以下事项：①各测点峰值加速度值均随着钢护简入士深度的增加而增大，因此在钢护筒施振过程中，尽可能保持连续振动，争取一次性将钢护筒贯入到设计入士深度，以减小钢护筒施工振动对既有桥的影响；②随着钢护筒入土深度的增加，在钢护筒入土深度到达一定深度时，振感最为强烈，如果此时钢护筒无法继续下沉，建议停止钢护简的继续施振，避免强行进行钢护简振动，应另寻其他方案进行钢护筒的下沉工作：③考虑到主墩桩基础施工平台刚性支撑在旧桥主墩承台上，因此在钢护筒施振过程中，应尽可能采取措施避免钢护筒导向架的变形、移位和偏位，避免钢护筒在施振过程中与导向架发生直接连续的剧烈碰撞，否则会对既有 西南交通大学硕士研究生学位论文第85页桥承台施加较大的附加振动，从而对既有桥不利；④在钢护筒旌打过程中施工平台的附加振动将会加大对两座既有桥的振动影响，因此为减小对既有桥的振动影响，应采取一定减振措施。5、钢护筒施振等桩基施工振动所产生的振动影响涉及临近既有桥梁结构的施工安全，应引起足够重视，开展振动监测是一种可行的方法。6、钢护筒施工振动属于一定时间内的持续振动，在振动幅值强度、振动频率以及持时等方面都有着不同于地震、爆破等振动的特征；在钢护筒施振过程中既有桥梁主墩承台测点三向振动中水平径向和垂向振动略大于水平切向振动，而且整体上斜拉桥主墩承台测点三向振动要略大于连续梁主墩承台测点三向振动．7、钢护筒施工振动现场监测过程表明，结合国内外相关规范、综合采用天然地震烈度和爆破安全振动速度作为钢护筒施工振动对既有桥梁影响的控制标准，并确定速度安全控制值为3．0cm／s是合适且偏安全的，可为同类工程提供借鉴和依据。但应同时看到安全振动控制标准的选取是十分复杂的，涉及到土动力学、波动力学和结构动力学等相关学科：区别于工业与民用建筑，对桥梁施工振动影响的研究较少，类似工程实例和资料几乎没有，因此采用质点振动速度或加速度来评价既有桥梁结构的施工振动影响只是一种近似方法，有关安全控制标准的确定方法需进一步进行理论和实践研究。 西南交通大学硕士研究生学位论文第86页致谢本文从选题，搜集资料到论文定稿。都是在夏老师的悉心指导下完成的，读研期间导师不但给予我科研能力方面的培养，而且给我创造了许多参加工程实践锻炼的机会，在此论文完稿之际，衷心感谢我的导师夏招广高工．同时对夏老师在我攻读硕士期间在学习和生活上的帮助和关怀表示由衷的感谢．感谢西南交通大学结构试验中心蒲黔辉教授，杨永清教授，等多位老师长期以来给予我的指导和帮助．感谢我的师兄马继斌博士．田志勇硕士．高玉峰硕士给予的精心指导和帮助，他们严谨的治学态度和谦逊的为人风格深深的感染着我．感谢杨文志硕士，王君明硕士以及试验室所有共事的师兄弟，在试验室共同学习进步过程中结下的友谊永难忘记l感谢我的父母亲对我一贯的支持和爱护．最后，由于作者水平有限，恳请各位专家对本文批评、指正，不胜感谢!武志明2007年3月 西南交通大学硕士研究生学位论文第87页参考文献【1】建筑抗震设计规范(GB50011．2001)．中华人民共和国建设部，国家质量监．督检验检疫总局，2001【2】王霄志．桩基础施工对周边建筑物的影响【J】．广东土木与建筑，2000f3】李国豪．工程结构抗震动力学．上海科学技术出版社，1980【4】王志强．施工振动对周边建筑影响的测试与分析评价【J】．山西建筑，2001【5】郭绍忠，刘石生，李群，杨湘鹏．建筑施工中振动影响的测试分析【J】．地震研究，2002【6】祝卫东，李建华．桩基施工振动对周围建筑物影响的监浏及其分析【J】．浙江水利科技，2002【7】GB6722．86，爆破安全规程【S】【8】JBl6．88，《机械环境保护设计规定》【s】．f9】陈仲颐，叶书麟．基础工程学【M】．中国建筑工业出版社，1990【lO]李方泽，刘馥清等．工程振动测试与分析【M】．高等教育出版社，1992【11】地基与基础规范(M)中国建筑工业出版社．2000【12】建筑抗震设计规范(GB50011．2001)．中华人民共和国建设部，国家质量监督检验检疫总局，2001，一【13】孔庆根，张胜利，范仲喧．强夯振动对邻近建筑物影响的实例【J】．西部探矿工程，1992【14】胡钧，李昊，强夯振动监测与分析【J】．工程勘察，2000【15】方磊，经绯，刘松玉．强夯振动影响与构筑物安全距离研究【J】．东南大学报，2001【16】GB／T14124-93，机械振动与冲击对建筑物振动影响的测量和评价基本方法及使用导则【S】117]董雪华，景朋涛，干西林．《瞬态瑞雷波法在地基强夯效果检测中的应用》【J】岩土工程技术．2003f18】任书考．强夯振动测试与资料分析研究【J】．工程勘察．1983119]杨成林．《瑞利波勘探》，北京．地质出版社．1993．【20】《岩土工程勘察规范》(G13／50021-2001)．【s】．北京．中国建筑工业出版社．2002‘f21】吴锦拔，李俊如强夯对环境的振动影响研究【J】．土工基础，1992'