中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
B．0．1 測(cè)量橋梁自振特性比較切實(shí)可行的方法應(yīng)該是環(huán)境隨機(jī)激勵(lì)法。根據(jù)目前國(guó)產(chǎn)儀器的性能指標(biāo)及模態(tài)分析軟件的能力，一般橋梁測(cè)出前幾階振動(dòng)頻率與振型應(yīng)當(dāng)無(wú)實(shí)質(zhì)性的困難。但該方法也有局限，測(cè)得的阻尼比不是很理想。至于其他像車(chē)輛余振法等要想測(cè)量多階振型是很難的。
橋梁自振特性的測(cè)試應(yīng)使用高靈敏度的傳感器和高信噪比的放大器，同時(shí)應(yīng)具備功能較強(qiáng)的信號(hào)分析設(shè)備及其相應(yīng)軟件。環(huán)境激勵(lì)法記錄時(shí)間通常不少于30min。
為了盡可能測(cè)出高階頻率，應(yīng)當(dāng)預(yù)先估算結(jié)構(gòu)振型，以便在結(jié)構(gòu)的敏感點(diǎn)布置測(cè)振傳感器(拾振器)。橋梁結(jié)構(gòu)振型的測(cè)定可采用下述兩種方法中的一種：
1 在所要測(cè)定橋梁結(jié)構(gòu)振型的峰、谷點(diǎn)上布設(shè)傳感器，用放大特性相同的多路放大器和記錄特性相同的多路記錄儀，同時(shí)測(cè)記各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)；
2 將結(jié)構(gòu)分成若干段，選擇某一分界點(diǎn)作為參考點(diǎn)，在參考點(diǎn)和各分界點(diǎn)分別布設(shè)傳感器，按上款的方式測(cè)記各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)。
B．0．2 對(duì)于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)(如簡(jiǎn)支梁)，結(jié)構(gòu)振型根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的常識(shí)就能確定；但對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)不同階數(shù)、性質(zhì)(各方向的彎曲、扭轉(zhuǎn)等)的振型一般需采用專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)分析軟件確定。
B．0．3 環(huán)境激勵(lì)是指地脈動(dòng)或風(fēng)荷載，在輸入未知的條件下，利用結(jié)構(gòu)的響應(yīng)頻譜近似確定傳遞函數(shù)，進(jìn)而采用模態(tài)識(shí)別技術(shù)得到橋梁自振特性。
B．0．4 汽車(chē)在橋上時(shí)，記錄分析所得振動(dòng)頻率可能包含有橋梁自振和汽車(chē)強(qiáng)迫振動(dòng)頻率，不易識(shí)別；汽車(chē)出橋后，記錄分析衰減信號(hào)的頻率即為橋梁自振頻率。
B．0．5 跳梁法是指人群在橋梁上突然跳起，落地后根據(jù)拾振器記錄的豎向振動(dòng)衰減波形得出自振頻率與阻尼比。力錘敲擊法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，宜通過(guò)單點(diǎn)敲擊、多點(diǎn)拾振獲取振動(dòng)曲線(xiàn)。
根據(jù)具體橋型和測(cè)試要求，還可采用重物沖擊等人工激勵(lì)方法。
B．0．6 此方法適用于其他方法不易激振的、剛度較大的橋梁，如石拱橋、小跨徑梁式橋等。
B．0．7 合理布置測(cè)點(diǎn)：事先需了解理論振型，測(cè)點(diǎn)盡可能布設(shè)在控制斷面上且測(cè)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)滿(mǎn)足能完整地畫(huà)出振型曲線(xiàn)的需要。由于每次試驗(yàn)用的拾振器數(shù)量總是有限的，所以要在橋上選擇合適的參考點(diǎn)(將一個(gè)拾振器放在參考點(diǎn)上始終不動(dòng))，分批移動(dòng)其他拾振器到所有測(cè)點(diǎn)。
因?yàn)檎裥褪强紤]同一頻率時(shí)的波形幅值和相位得到的，因此，除應(yīng)按慣例對(duì)測(cè)振儀器系統(tǒng)進(jìn)行定期檢定或校準(zhǔn)外，還應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，即將儀器系統(tǒng)的全部傳感器在同一參考點(diǎn)上標(biāo)定：一是檢查各通道靈敏度的設(shè)置(若傳感器未經(jīng)定期檢定或校準(zhǔn)，則按相對(duì)靈敏度設(shè)置)，使經(jīng)傅立葉變換后的波形在同頻率時(shí)的幅值歸一化，以便得到最大幅值為1的振型曲線(xiàn)；二是確認(rèn)當(dāng)前接線(xiàn)方式下各傳感器的輸出相位。注意現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定后的儀器系統(tǒng)(從拾振器、導(dǎo)線(xiàn)，一直到記錄通道)在使用時(shí)不宜進(jìn)行變更。
所需測(cè)試的振型階數(shù)與橋型和分析需求都有關(guān)，簡(jiǎn)支梁如果只關(guān)心豎向振動(dòng)可能只需要測(cè)試一、二階振型即可，而連續(xù)梁可能三階也不夠，復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁的振型更為復(fù)雜。橋梁結(jié)構(gòu)振型的最少測(cè)試階數(shù)應(yīng)由橋型特點(diǎn)和動(dòng)力分析需要的精度確定。建議結(jié)構(gòu)振型測(cè)試的最少階數(shù)為：
1 懸索橋、斜拉橋不少于5階；
2 連續(xù)梁、剛構(gòu)、拱橋和簡(jiǎn)支梁不少于3階。
B．0．8 當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)在其某一共振頻率上產(chǎn)生共振時(shí)，總對(duì)應(yīng)著一個(gè)主振型，此時(shí)只要在橋上布置足夠的測(cè)點(diǎn)，利用儀器同時(shí)記錄它們?cè)谡駝?dòng)過(guò)程中的時(shí)域波形，并通過(guò)傅立葉變換得到幅值和相位隨頻率的變化，就可分析得到所要求的振型曲線(xiàn)。這里通過(guò)圖1的簡(jiǎn)支梁例子簡(jiǎn)單介紹分析方法。該簡(jiǎn)支梁布設(shè)了3個(gè)測(cè)點(diǎn)，所測(cè)3個(gè)時(shí)域波形經(jīng)傅立葉變換后可得到相應(yīng)的幅頻和相頻曲線(xiàn)，找出各共振峰對(duì)應(yīng)頻率處的幅值及相位，利用歸一化的幅值以及以某一測(cè)點(diǎn)為基準(zhǔn)判斷其他2個(gè)測(cè)點(diǎn)與它的相位差，可得到某階振型頻率時(shí)各測(cè)點(diǎn)的分解諧波[圖1(a)、圖1(b)]，據(jù)此繪制出簡(jiǎn)支梁的前二階振型曲線(xiàn)。
圖1 確定簡(jiǎn)支梁振型的方法示意圖
B．0．9 利用波形分析法求取阻尼比時(shí)，可按示意圖2并利用式
圖2 有阻尼自由衰減的振動(dòng)波形曲線(xiàn)
(1)、式(2)計(jì)算：
式中：v——對(duì)數(shù)衰減率；
D——阻尼比；
yn、yn+m——第n個(gè)、第n＋m個(gè)波的振幅；
m——yn～yn+m之間的波形數(shù)；
T——周期；
w——衰減振動(dòng)圓頻率。
半功率帶寬法是在共振曲線(xiàn)(頻譜圖)一階共振峰處通過(guò)確定半功率帶寬來(lái)推定阻尼比的方法。如圖3，在f＝fn共振曲線(xiàn)峰值的0．707倍處，作一平行于頻率軸的直線(xiàn)與曲線(xiàn)交兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)上的頻率差△f＝f2—f1，即半功率帶寬，由此按式(3)可求出阻尼比：
采用環(huán)境激勵(lì)等方法進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別時(shí)，可采用專(zhuān)用軟件計(jì)算各階模態(tài)阻尼比。
