磁电振动传感器在桥梁荷载试验中的应用

磁电振动传感器在桥梁荷载试验中的应用
黄永辉;杨文娟;朱俊;许强
【摘要】Bridge load test is currently the most widely used in bridge structure test and the most effec-tive means,and the natural vibration frequency and vibration mode is an important index of evaluating the structure stiffness and damage.The magnetoelectric vibration sensor is used in the natural vibra-tion frequency and vibration mode test of a road bridge second unite 35m+50m+35m prestressed con-crete continuous box girder,and the test results are compared with the calculated results,which shows that the sensor test results are in good agreement with that of the theoretical calculation.%桥梁荷载试验是当前桥梁结构试验中应用最广和最有效的手段，而其中自振频率和振型又是评价结构刚度及损伤情况的重要指标。

采用磁电振动传感器对某公路桥第二联35 m＋50 m＋35 m预应力混凝土连续箱梁的自振频率和振型进行测试，并将测试结果与模型计算结果进行对比验证。

结果表明，该传感器测试结果与理论计算吻合良好。

【期刊名称】《交通科技》
【年(卷),期】2016(000)006
【总页数】3页(P40-41,42)
【关键词】桥梁荷载试验;自振频率;振型;磁电振动传感器
【作者】黄永辉;杨文娟;朱俊;许强
【作者单位】抚州市公路局直属分局抚州 344000;江西天同路桥工程建设有限公
司南昌 330000;江西省交通科学研究院南昌 330038;云南航天工程物探检测股份有限公司昆明 650000
【正文语种】中文
桥梁荷载试验是桥梁承载力评价中最有效、最直接和最有说服力的方法[1]。

特别
是旧桥或对其承载力和安全性有争议的桥梁结构，通过桥梁荷载试验可以直观地掌握结构的强度、刚度等基本情况，还可以通过测试结果判断桥梁在试验荷载下的工作状态(线性与非线性、弹性与塑性等)和动力性能(冲击、自振特性)，最终依据规
范判定桥梁的承载能力，并确定桥梁是否需要维修加固或限速限重。

磁电式振动传感器的原理是利用金属导线在磁场中作切割磁力线的相对运动时，产生与所测振动速度成正比例的感应电动势，从而测量出振动的速度。

若让该感应电动势再经过积分或微分，则可测出振动的位移或加速度[2]。

自振频率与结构刚度有着明确的关系。

利用自振频率评价桥梁的刚度也具有较高的可靠性。

桥梁结构存在或出现缺损时，一般会造成振型的变异。

一般来讲，变异区段即为缺损所在区段。

可以通过同一座桥梁的阻尼比参数历史数据对比，或同类桥梁历史数据对比，粗略判断桥梁结构的技术状况是否出现劣化，如阻尼比明显偏大，则桥梁结构技术状况可能存在缺损或出现劣化[3-4]。

目前采用的动圈式速度传感器或压电式加速度传感器在低频表现不好，失真严重；光纤传感器性能不稳定，测试成功的案例不多。

而磁电振动传感器是利用电磁感应原理将被测量转换成电信号，它不需要辅助电源，就将被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器，此外它输出功率大，性能非常稳定。

某公路桥全长364 m,全桥共划分为3联，其中第一联为4×30 m预应力混凝土连续箱梁，第二联为35 m+50 m+35 m预应力混凝土连续箱梁，第三联为4×30
m预应力混凝土连续箱梁。

单幅断面布置为0.5 m(护栏)+12.0 m(行车道)+0.5
m(护栏)。

桥梁设计荷载等级为公路-I级，设计车速为80 km/h。

上部箱梁采用C50混凝土，纵向采用全预应力结构。

第二联上部结构采用变截面预应力混凝土连续箱梁。

箱梁断面采用单箱双室斜腹板形式，底板宽度随梁高加高而逐渐变小。

箱梁顶板宽12.7 m，悬臂长度2.25 m，腹板斜率为2∶1。

梁高在主墩处为3 m，在主跨跨中和边跨端部为1.8 m，箱梁梁高和底板厚度按二次抛物线变化。

底板厚度在等高段及跨中为0.25 m，在端支点为0.5 m，在中支点为1.0 m，底板宽度
在边支点和中跨跨中为6.8 m，在中支点处为5.6 m。

腹板厚度在跨中为0.5 m，在支点为0.8 m。

顶板厚度在支点附近为0.48 m，其他部位为0.28 m。

采用桥梁工程软件MIDAS Civil进行计算分析，建立桥梁空间静动力计算模型。

第二联共划分为422个节点，469个单元。

采用梁格法建立桥梁空间动力计算模型(见图1)，按照梁格法的简化理论，本桥选
择在3个腹板中心线与截面形心线交点处建立3片纵梁，并用横隔板及横向联系
单元模拟3片纵梁的横桥向刚度。

依据模型计算结果，第二联竖向一阶振型见图2,根据一阶振型的特点，测点布置
见图3。

现场测试采用江苏东华测试技术有限公司生产的DH610磁电振动传感器，在桥面左右侧各布置9个测点，即每墩墩顶处、边跨L/2处、中跨L/4处、中跨L/2处、中跨3L/4处，全桥共布置18个测点。

现场测试采用DH610磁电振动传感器，该传感器为无源伺服磁电传感器，通过理论推导出机电配合参数，并精确地加工和安装，可得到超低的低频响应和最佳的频响曲线，且该传感器密封性能好，不需要调零位。

测试主机采用DH5922进行，能实现多通道并行同步高速长时间连续采样，每台
计算机可控制多通道同步并行采样，满足多通道、高精度、高速动态信号的测量需求。

每通道独立电压放大器、24位A/D转换器、低通滤波器、抗混滤波器，消除通道间串扰影响，提高系统的抗干扰能力。

准确的采样速率，先进的DDS数字频率合成技术产生高精度、高稳定度的采样脉冲，保证了多通道采样速率的同步性、准确性和稳定性，数字磁带机信号记录功能实现长时间实时、无间断记录多通道信号。

采用信号测试分析系统软件对磁电振动传感器采集得到的时程曲线进行FFT平均谱分析，得到第二联自振频率及阻尼比结果见表1。

通过对各测点测得的数据进行汇总分析，得到测试振型图见图4(已经过归一化处理)。

通过表1和图4一阶频率、一阶振型实测值与计算值的对比表明，实测自振频率略大于计算频率，结构实际刚度大于理论刚度。

实测振型与计算振型基本一致，表明桥梁结构无明显缺损。

通过磁电振动传感器在某公路桥梁的荷载试验表明，测试结果与理论计算值吻合良好，且真实可信。

此外，该传感器还具有安装方便、测试快捷、所需人员数量少等特点。

表明磁电振动传感器可以广泛应用于桥梁荷载试验，具有较广泛的工程实用性。

【相关文献】
[1] 陈通,曾小广.多跨预应力混凝土连续梁桥荷载试验分析[J].交通科技,2013(6):19-21.
[2] 徐锡林.磁电式低频振动传感器[J].上海机械,1980(11):19-20，25.
[3] 公路桥梁荷载试验规程: JTG/T J21-01-2015[S].北京:人民交通出版社,2015.
[4] 张倍阳,张谢东,陈卫东，等.基于嵌套层迭遗传算法的大跨桥梁传感器优化布置[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2016,40(4):745-749.。