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橋梁動載試驗方法
更新時間:2021-04-10 17:51
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橋梁結構是承(chéng)受恒載、車輛荷載、人群荷載等主要荷載的結構物。當(dāng)車輛以一定(dìng)速度在橋(qiáo)上通過時(shí),由於發動(dòng)機的抖動、橋麵的不平順等原因會導致橋梁結構產生振(zhèn)動。此(cǐ)外,人群荷載、風動力、地(dì)震力的作用也會引起橋梁振動。因此,車輛荷載或(huò)其它動(dòng)力荷載對橋梁結構的衝擊和振動影響,已成為橋梁結構設計、計(jì)算、施工、運營、維修養護過程中的重要問(wèn)題之一。

橋梁結構的動載試(shì)驗是利用某(mǒu)種激振(zhèn)方法激起橋梁結構的振動,測定橋梁結(jié)構的固(gù)有頻率(lǜ)、阻尼比、振型、動力衝擊係數、動力響應(加(jiā)速度、動撓度)等(děng)參量的試驗項目,從而宏觀判斷橋(qiáo)梁結構的整體剛度(dù)、運營性能。橋(qiáo)梁結構的動載試驗與靜載試驗雖然在試(shì)驗目的、測試內容等方麵有所不同,但對於全麵分析掌握橋梁結構的工作性能是同(tóng)等重要(yào)的。就試驗(yàn)步驟而言,基本上與靜(jìng)載試驗相同,動載試驗也要(yào)經過準備、試驗和分析總結三個階(jiē)段。就試驗性質而言,動載試驗也可分為生產鑒定(dìng)性和科學研究性試(shì)驗,一般情況下,動載試(shì)驗多在(zài)現場實際(jì)結構上進行測試,也可根據橋梁結(jié)構的特點和實際需(xū)要在室內進行結(jié)構模型的動載試驗,如在風洞內進行大跨度橋梁的(de)風致振動(dòng)試驗、在模擬地震振動台上進行橋梁結構的地震響應試驗研究等。

目前橋梁工程中常見的動載試驗方法主要(yào)有強迫振動法、自由振動法、環境隨機振法、局部(bù)激勵(lì)法等。

1)強迫振動法

一般把能夠(gòu)測(cè)量輸入(rù)的動載測試稱之為強迫振(zhèn)動法,在結構強迫激勵實驗中(zhōng),應用於(yú)激勵的技術很多包括(kuò):激振器、振蕩器、振動台、力錘等(děng)。在大部分(fèn)強迫振動實驗中,可以很好確定輸(shū)入力函數,通過測量輸入,識別結構模態參數如共振頻率、模態阻尼比、振型的係統識別技術方法可以很好地建立,強迫振動試驗的一個優點是信噪(zào)比強。

2)環境激勵

環境激勵是橋梁(liáng)在其正常使用狀(zhuàng)態下所受到的(de)激勵,係統的輸入通常無法(fǎ)測(cè)量。橋梁將不斷受到來自於各種不同的環(huán)境激勵,由於輸(shū)入(rù)無法測量,因此也不清楚這些振源提供的輸(shū)人是否(fǒu)在我們(men)所(suǒ)感興趣的(de)頻帶上,輸人的平穩性如何,以及在某一(yī)頻帶上的均(jun1)衡性,信噪比弱、分析內容不如強迫激勵來得豐富。但對於交(jiāo)通繁忙的橋(qiáo)梁來說,由於它不測量輸入,試驗成本低,不影響橋梁的正常使用,可以實時監控(kòng),這一點是(shì)非常吸引入的(de),但橋梁上行駛(shǐ)的車(chē)輛對橋(qiáo)梁結構具有附加質量(liàng)的(de)影響。

環境(jìng)激(jī)勵係統的輸入(rù)通(tōng)常無法測量。而強迫激勵中激振力通常是可以測量的或可以控製的。是否測(cè)量出激勵力將造成後續係統識(shí)別方法的不同。一些結構參數如模態頻率、模態阻尼及振型可以得到識別而不需要精確測(cè)量激振力。然而(ér),在這種情況下,應(yīng)能明確激勵的本質如白噪聲、脈(mò)衝(chōng)等(děng),盡管不需測量實際(jì)的荷載。是否測量激振(zhèn)力(lì)主要是由測量激振力的可行性因素確定。比如在實驗室中(zhōng)進行一個框(kuàng)架結構的模態實驗,利用衝擊錘、振動台、激振器產生的激振力可以用標準儀器測量。然而(ér)在現場進行橋梁實驗時,激振力來(lái)自於快速行駛的車輛,那麽就無法測量激勵力。另外作用在(zài)橋梁上風荷載、溫度梯度荷載等環(huán)境荷載也是(shì)很難確定的。總之(zhī),在一些情(qíng)況下測量激振力是可行的也是有用的(de),在另外(wài)一些情況下它是(shì)不(bú)可行的也是沒有用的。

3)自由振動法

自由振動法的特點是使橋梁產生有阻尼(ní)的自由衰減振動,記錄到的振動圖形(xíng)則為(wéi)橋梁的衰減振動曲(qǔ)線。為使(shǐ)橋梁(liáng)產生自由(yóu)振動,一般常用突加荷載和(hé)突卸荷載兩種方法。突加荷載法,是在被測(cè)結構(gòu)上急速地施加一個衝擊作(zuò)用力,由於(yú)施加衝擊作用的時間短促,因此,施加於結構的作用實際上是(shì)一個衝擊脈衝作用。它可以激勵結構按其低(dī)階固有頻(pín)率作自由(yóu)振動。試驗中常見的衝(chōng)擊法(fǎ)主(zhǔ)要對於中、小型橋梁結構,可用試驗車輛在橋麵上(shàng)駛越三角(jiǎo)墊木(mù),利用(yòng)車輪的突然(rán)下落對橋(qiáo)梁產生衝擊作用,激起橋梁的(de)豎(shù)向振動。但此時所測得的結構固有頻率包括了試驗車輛這一附加質量的影響。近年來,在橋梁的模(mó)態實(shí)驗中,還(hái)采用了爆炸和發射小型(xíng)火箭產生脈衝荷載等辦法來激起結構的振動。采用突加荷載法時,應注(zhù)意衝擊(jī)荷(hé)載(zǎi)的大小及其作用(yòng)位置。如果要激起結構的整體振動,則必須在橋(qiáo)梁的主要受力(lì)構件上(shàng)施加(jiā)足夠的衝擊力(lì),衝擊荷載位置可按所需結構的振型來確定,如為(wéi)了獲得簡支梁橋的第一振型,則衝擊荷(hé)載應作用於跨中部位,測第二振型時衝擊(jī)荷載應加於跨度的四分之(zhī)一處。突然卸載法,是在結(jié)構上(shàng)預先施(shī)加一個(gè)荷載作用(yòng),使結構產生一個初位移,然後突然卸去荷載,利利用結構的彈性性質(zhì)使其產生自由振動(dòng)。為卸落荷載,可通過自動脫鉤裝置或剪斷繩索等方法,有時也專門設計一種斷裂器(qì)裝置,當預施加(jiā)力達到一(yī)定的(de)數值時,在繩索中間的斷裂裝置便突(tū)然斷離,因而激發結構的振動。實際上,在橋梁結構進行自(zì)由振(zhèn)動(dòng)響應的測試中,如以試驗車輛荷載作為激勵,當(dāng)車輛(liàng)以(yǐ)一定的速度駛離橋跨(kuà)很短的一段時間以後,橋梁的振動即為(wéi)自(zì)由衰減振(zhèn)動。

4)局部激振

局(jú)部激振是可以(yǐ)測量輸入的,是屬於強迫激勵的一(yī)種。對於大(dà)、中型橋梁來說,要利用激振設備激(jī)勵全座橋梁並(bìng)測得激振力往往是不大現實的,但可以(yǐ)采用局部激振方(fāng)式來激振結構的某一局部(bù)。這種局部激勵有利於提取對局部響應比較敏感的模態參數,同時(shí)可以減少工作環(huán)境的影響,一般認為工作環境的影(yǐng)響更趨向於整體(tǐ)現象。

橋梁動載(zǎi)試驗(yàn)是在橋梁處於振動狀(zhuàng)態下,利用振動測試儀器對振(zhèn)動係統各種振動量進行測定、記錄並加以分析的過程。因此,在進行動載試驗時,首先應通過激振方法使橋梁處(chù)於一種特定的振動狀態中,以便進行(háng)相應項目(mù)的測試。其次,要合理選取測試儀器(qì)儀表組成振動測試係統,振(zhèn)動測試係(xì)統一般由拾振部分、放大部分和分(fèn)析部(bù)分組成,這(zhè)三部分可(kě)以由專門儀器配套使用,也可(kě)以配換使用。因(yīn)此,要根據試驗的環境條件和試驗的要求(qiú),選擇組配合理的振(zhèn)動測試係統。儀器組(zǔ)配時除應考慮頻帶範圍外,還要注意(yì)儀(yí)器間的阻抗匹配問題。另外,要根據測試橋梁的特點,製定測試內(nèi)容、測點布置與(yǔ)測試方法,例如對(duì)於混凝土簡支梁橋的(de)動載試驗(yàn),一(yī)般(bān)的觀測項(xiàng)目有:跨中截麵的動撓度、跨中截麵鋼筋或混凝土的動應力等。又例如要測定某一固有頻率的振型時,應將傳感器設置在(zài)振幅較大的各(gè)部位,並注意各測點的相位關係(xì)。最後,利用相應的(de)專業軟件對采集的數據或信號進(jìn)行(háng)分析,即可得出橋梁結構的頻率、振型、阻尼比、衝擊係數等振動(dòng)參量。

中交路橋工程檢(jiǎn)測主要檢測業務(wù):鋼結構(gòu)檢測(cè)橋梁檢(jiǎn)測隧道檢測

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