佛开高速九江大桥振动监测数据初步分析_王立新

佛开高速九江大桥振动监测数据初步分析

王立新，姜

慧，杜

鹏，李小华，吴英琴

（广东省地震局，广东

广州

510070）

摘要：佛开高速九江大桥全长1819.16m ，主桥采用六孔一联、最大跨度160m 的变截面预应力砼连续箱梁。为实时监测桥梁结构振动状况和记录大型桥梁真实地震反应，在九江大桥主桥上架设了总计23通道的强震动监测系统。简要介绍了该监测系统的测点布置、系统构成和技术特点，并对系统试运行期间的加速度记录进行了峰值、频谱和模态分析，得到了箱梁前六阶模态频率变化曲线，并与现场实测模态参数进行了比较验证。研究识别出的模态频率的长期变化可以为桥梁结构的健康监测和损伤评估提供参考依据。关键词：佛开高速九江大桥；强震动监测；模态分析中图分类号：P315.943

文献标识码：A

文章编号：1001-8662（2010）S0-0028-08

引言

九江大桥是佛山至开平高速公路上的一座特大型公路桥梁，跨越广东南海和鹤山二市交界处的西江干流，江面宽约1200m 。大桥全长1819.16m ，主桥为六孔一联（50m+100m+

2×160m+100m+50m ）变截面预应力砼连续箱梁（图1）；南段边孔为十一孔一联（40m ＋10×50m ）的预应力砼等截面连续箱梁，北段边孔为四孔一联（40m ＋3×50m ）的预应力砼等截面箱型连续刚构；两岸引桥为16m 跨钢筋砼简支T 型梁，南北岸分别为13和16孔。桥下

通航净空为上下水两孔80m （宽）×22m （高），通航船舶吨位为3000t 江海快速轮船[1]。

桥址处水文情况相当复杂。该桥按1％的洪水频率设计，设计流量为46736m/s ，设计流速为2.3m/s 。设计荷载为汽－超20，挂－120，人群3.5kN/m ，船撞力1200吨。设计风速按100年一遇的最大风速为33m/s ，相应的风压为680Pa 。本桥按7度地震烈度计算地震力，大桥场地类别为Ⅲ类，地面脉动周期为0.5s ，场地基岩面及地面50年超越概率

10％最大水平加速度分别为0.095g 和0.122g

[1]

。

收稿日期：2010-09-01

基金项目：广东省科技计划项目“大型桥梁强震（振）动实时监测实用方法研究”（项目编号：

2010A030200010）。

作者简介：王立新，男，1976年生，博士，高级工程师，主要从事地震工程、桥梁强震动监测、结构

抗震等方面研究工作。E-mail:wlxustc@.

第30卷

增刊

2010年10月

华南地震SOUTH CHINA JOURNAL OF SEISMOLOGY

Vol.30,Supp.Oct.,2010

DOI:10.13512/j.hndz.2010.s1.026

增刊九江大桥为国内规模较大的预应力砼连续梁桥，具有桥梁长、墩柱高、跨度大的特点。大桥跨越西江干流，自1996年12月8日建成开放交通以来，桥上桥下交通繁忙，桥址处水文及地质情况复杂。为实时监测桥梁结构振动状况和记录大型桥梁真实地震反应，2009年九江大桥主桥上架设了强震动监测系统。监测系统如能捕获实际地震时程数据，将有助于深入了解大型桥梁地震反应特性和破坏机理，服务于桥梁抗震设计；长期监测数据也将有助于判断桥梁结构信息的变化，为判断桥梁健康状况提供参考依据。本文简要介绍了九江大桥强震动监测系统的测点布置、系统构成和技术特点，并对系统试运行期间的加速度记录进行了峰值、频谱和模态分析。

1

监测系统概况

如图1所示，为获取桥址场地输入地震动和桥梁整体特别是关键部位的地震反应数据，

本监测系统在桥址场地、桥墩、主梁等部位布置9测点，其中包括5个三分量加速度计、3个竖向－横向双分量加速度计、1个横向－纵向双分量加速度计，共计23线道。各通道的具体位置及测量方向见表1，其中z 表示竖向，y 表示横桥向，x 表示顺桥向。利用桥梁结构对称的特点，传感器均布置在九江侧主桥上。为记录桥梁可能受到的船舶撞击，桥上传感器均布置在桥梁下游侧。在边孔16#墩处地表布置一个三分量加速度计以记录自由场地处地震动值

。

图1九江大桥强震动监测系统测点分布图

Fig.1Locations of monitoring sensors on Jiujiang bridge

系统由24通道中心记录式数据采集器和力平衡式加速度计构成。数据采集器采用美国

Kinemetrics 公司生产的Granite 多通道数字强震数据采集器，该数据采集器具备高动态范围

和高计时精度的特点，动态范围90dB ，通道数可达36道，所有通道同步采样；具有GPS 授时和本机存储功能；具备阈值触发、手动触发等触发模式；支持远程通信与数据传输；支持UDP/IP 协议。由于仅通过网页浏览器即可修改参数，Granite 可以极为方便的改变现有仪器的运行参数，改变记录与遥测的模式和格式，以及观察和回收记录文件。因此，

Granite 数字强震数据采集器广泛应用于水坝、电站、生命线工程、大型桥梁以及高层建筑

的结构健康监测与地震观测。

传感器采用中国地震局工程力学研究所生产的SLJ-100FBA 型加速度计，测量范围±2

g ，频带0~80Hz ，相位为线性(0~100Hz)，动态范围135dB 。如图2的工作框图所示，系

王立新等：佛开高速九江大桥振动监测数据初步分析29

30卷

华南地震

表1各通道传感器位置及测量方向

Table 1Locations and measuring directions of sensors

通道编号

1234567891011121314151617181920212223

位置

22#墩墩顶箱梁内部22#墩墩顶箱梁内部22#与23#墩160m 主跨L/2处22#与23#墩160m 主跨L/2处

23#墩墩顶箱梁内部23#墩墩顶箱梁内部23#墩墩顶箱梁内部21#墩墩顶箱梁内部

23#主墩墩顶23#主墩墩顶23#主墩墩顶21#墩墩顶箱梁内部20#墩伸缩缝南侧主梁20#墩伸缩缝南侧主梁20#墩伸缩缝南侧主梁20#墩伸缩缝北侧主梁

22#主墩墩顶22#主墩墩顶22#主墩墩顶20#墩伸缩缝北侧主梁16#墩边自由场地16#墩边自由场地16#墩边自由场地

传感器分量

z y y z z y x y z y x z z y x y z x y x z y x

统采取远程监控和存储数据的方式，定时将仪器的运行状况传回台网中心，台网中心可以进行远程仪器调试和数据采集，在检测到突发事件发生后系统自动将事件的有关参数、数据传回台网中心。

2

峰值与频谱分析

强震动监测系统建成后，在

仪器设备正式投入运行前，为保证其处于最佳工作状态，进行了相关的调试和试运行。对加速度计进行了标定试验，试验结果表明，Granite 数字采集器及加速度传感器工作正常；对GPS 授时进行了同步检测，测试结果表明，

GPS 能成功授时。为确定仪器是

否工作正常，监测系统安装及试运行期间通过采用敲击法、仪器的外触发或keyboard 触发法进行了多次人工触发试验，实时检测地震计、数据采集器以及传输设备的运行状态，发现异常及时排除修复。

试运行期间，系统进行了长时间的连续记录，获得了桥梁结构在环境激励下振动的大量记录数据。对记录到的加速度数据，我们进行了峰值、频谱及模态分析。

首先统计了各

图2强震动监测系统专用设备技术系统构成图

Fig.2Schematic diagram of the vibration monitoring system

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