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桥梁结构脉动测试分析及应用

  桥梁结构脉动测试分析及应用韩之江 (山西省交通科学研究院, 山西 太原 030006) 摘要: 介绍一种用于桥梁结构动态测试的方法即脉动测试法, 该方法通过应用于一连续梁 桥测试, 取得了较好的效果。 关键词: 桥梁; 脉动; 文章编号:100623528 2002)0220048203 引言 如下比值 (可直接测得) 为传递率: 桥梁在动力荷载作用下的受力分析是桥梁结构分析的重要内容。 桥梁结构在承受车辆、人群、风力及地 震等动力荷载作用下产生振动。 由于影响桥梁振动问 题的因素较为复杂, 仅靠理论分析远不能满足工程应 用的需要, 因此需要理论分析与试验测试相结合的解 决方法, 桥梁动载试验就成为解决问题必不可缺的手 目前一种较为先进的桥梁动态测试方法是进行实桥的模态分析, 通过模态实验和分析, 可得到桥梁各阶 模态的频率、阻尼、振型。 这些都是桥梁动态性能特性 的重要参考数据。为了得到完整的模态参数, 对于公路 桥梁等大型结构, 最方便的测试方法是使用脉动测试 即利用结构由于外界各种因素所引起的微小而不规则的振动来确定结构的动力特性, 这种微振动通常 称为脉动。由于脉动是因外界不规则的干扰所引起, 而它具有各种频率成份,而结构的固有频率的谐量是 脉动的主要成分, 因此用这种方法可得到桥梁的各阶 固有频率及各阶固有频率对应下的振型。 遍及结构上所有测点,通过每次所测试的响应 我们容易得到一些有代表意义的频率点 定义为结构响应频率的OD 假设结构所受的环境激励为平稳随机过程,可进 一步假定在所需频段内为平稳的噪声信号。 结构各激 励力满足 应选取该点响应含结构本身动力特性的分量相对较小的点, 使环境激励力的成分很大, 脉动测试原理结构上任一点 因此,我们可将直接测试的量 近似认为是结构的传递函数, 利用传统的方法来识别结构的模态 参数。 22+050 大桥的脉动测试 22+050 大桥位于京张高速公路冀京界至宣化 桥梁全长213. 10 为分离式双幅预应力砼连续在只知响应 如何获得结构的模态参数呢?我们在结构上取一固 定点 表示。定义收稿日期: 2001212231 作者简介: 韩之江 浙江肖山人,桥检所副所长, 工程师, 1989 年毕业于东北林业大学。 2002 韩之江:桥梁结构脉动测试分析及应用 49 单幅桥面组成为12. 。设计荷载为汽车—超20 级、挂车—120。该 桥位于半径 圆曲线和缓和曲线段内,上部 结构采用一联 825 35预应力砼连续空心板,桥墩为钢筋砼矩形截面墩身、钻孔灌注桩基础; 张家口 桩基础;北京台为 型台,扩大基 试验设备本次实验我们选用北京东方噪声所研 DASP 数据大容量自动采集与信号处理分析系统, 它具有边 采集边显示的功能, 可以在现场对数据作初步分析, 高实测数据的可信度。同时该系统具有专门的模态分 析模块, 非常适合结构的模态分析。由于桥梁等大型结 构的振动为超低频振动, 因此传感器应选用低频信号 较好的传感器。 由中国地震工程力学研究所生产的 891 型传感器, 频响范围 完全适合桥梁的模态测试, 该传感器设有小速度、中速度、大速 度和加速度 可根据测试需要选用。放大器采用与传感器相配套的放大器, 具有放大、积分和阻抗变换的 功能, 可提供被测点的加速度、速度及位移参量。 测点布置根据该桥特点本次试验共布置 34 每个测点均布置水平与垂直两个方向的传感器, 测点分别位 及桥台墩顶截面左右两侧的桥面行车道边缘处 (测点布置见图 本图尺寸均以cm 大桥脉动测试结果表由于本次测试模态频率主要集中在低频区, 此我们对放大器滤波上限设为20 采样频率设为100 传感器采用中速档,频响范围 每次测试记录时间设定为30 信号记录长度要尽量长, 可使信号趋于平稳化, 使激励满足平稳随 机过程的假设, 同时可以改善信号谱分析的精度) 个通道,不能一次完成 测试, 需分多次进行。为此每次测试中保持参考点位置 不动, 变换其余测点位置。测试参考点选在 位置,该点动态响应较小, 更多地包含了环境激励力的 成分, 选它较为合理; 在具体的数据分析中,选用了较大的重叠率和 较多的平均次数, 采用较大的指数窗和适量的谱修正 等措施, 以改善信号谱分析的精度。大桥脉动测试结果 见表 测试分析第一阶侧向振动频率较一阶竖向频率低。 分析原因在 于支座对该桥侧向和竖向具有不同的约束效能, 在横向振动时支座的约束影响较小,支座的横向弱约 束导致该桥在横向按低频振型振动; 明显的竖扭振动特性,分析原因在于该斜桥不对称受 力造成; 由阻尼比可以看到,侧向振动的阻尼比普遍高 于竖向振动的阻尼比。这与侧向振动的特点有关, 侧向 振动时每一个支座就是一个耗能元件, 这样就增加了 系统的阻尼比。 由实测得到的桥梁前八阶振型中, 侧向弯曲振 型和竖向弯曲振型各占四阶,第一阶侧向弯曲振动的 频率为2. 05H 第一阶竖向弯曲振动的频率为5.44 脉动振型频率ƒH 77二阶侧弯 22三阶侧弯 43四阶侧弯 10. 25 49二阶竖弯 12三阶竖扭 30四阶竖扭 10. 85 1650 山西交通科技 2002 结论桥梁的动力特性 频率、振型和阻尼比)是评定桥 梁承载能力状态的重要参数, 随着我国公路桥梁检测 评定制度推行, 桥梁动载试验将越来越受到重视。通过 对桥梁结构的模态特性及其变化情况的分析, 确定桥 梁结构的承载能力, 将是评价桥梁结构的新课题, 它是 桥梁检测实验的发展方向, 有广阔的发展前途。 Analy Bridge Struc ture icrotrem easurem en Resea rch stitute Commun ica Taiyuan 030006,Ch ina rodu ce ture dyn am ic easu rem en icro easu rem en easu rem en Keyword vemen shap (上接第47 上表面裂纹与大气隔绝被封闭,不会发生钢筋的 锈蚀。 对于梁板下表面的纵向裂纹必须进行有效的封 闭处理, 可用环氧树脂基液粘贴两层玻璃纤维布, 宽度 300mm 建议生产厂家全面整改生产线上钢绞线污染严重、承台钢横梁变形过大、橡胶囊漏气等现象, 并严格 遵守桥面板运输吊装的规则, 确保桥面板不出现裂纹, 并通过对开裂截面处的结构复核确定对该截面的加固 补强或对裂纹的装饰修补。 Analy Treatm en Bridge Sla bs Cra ck (Taiyuan unic ipa stitute, Ta iyuan 030002,Ch ina lyzedth reaso racked, adeca refu check ture litsec sure th forcem en ir.Key word rack;te reatm en 欢迎订阅《山西交通科技》!欢迎在本刊刊登广告!

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