第五章桥梁结构动载试验

振动，使结构产生强迫振动，记录各个激振频率及
对应振幅，并作A〜ω曲线。利用干扰力频率与结
构自振频率相等时，结构产生共振的原则,曲线极值
对应的频率就是结构的固有频率；结构的阻尼比：
2
ω1 ω2 ω3
A
0.707 A1max A1maxA2max
0.707 A2max
t1 t2 t3
加速度的测定：测点处 布置加速度传感器，可以 测出加速度时程曲线，通 过频谱分析可求出固有频 率，通过两次积分可求位 移时程曲线。
1 Ai
• 传感器的布置：根据结构形式而定，按照理论计 算得出的振型大致形状，在变位较大的部位布置 传感器，以测得桥梁结构最大反应。
• 桥梁结构的振型：结构相应于各阶固有频率的振 动形式。一般桥梁结构，第一固有频率即基频， 对结构动力分析才是重要的。
• 桥梁结构的振动问题多采用理论分析和现场测试 相结合的研究方法，因此，振动测试是解决工程 结构的重要手段。
振动测试技术的发展：一方面表现为风洞试 验、模拟地震振动台试验、拟动力试验等得到了 广泛的应用；另一方面表现为工程结构在地震荷 载、风荷载、车辆动力荷载等作用下动力反应的 现场测试手段得到了很大改进。
5 桥梁动载试验
• 第一节 动载试验的方法和程序 • 第二节 桥梁结构动力响应的测试 • 第三节 动测数据分析与评价
5.1动载试验的方法和程序
• 导致桥梁振动的因素：发动机的抖动、路面不平滑、 人群荷载、风荷载、地震等。车辆数量增多、载重量 增大、速度增高等加剧了桥梁的振动。大跨度、超大 跨度的桥梁，地震、风荷载往往是控制因素。 因此，车辆振动和其它动力荷载已经成为桥梁设 计、施工、管理、养护、维修等方面的重要因素之一。
• 桥梁结构动载试验中，随时间变化的物理量一般 称为信号，如位移、应变、振幅、加速度等。
• 动载试验信号比较复杂，表现为： 1.振源和结构的振动响应都是随时间而变化
的，是随机的、不确定的； 2.桥梁结构自由度多、车辆和桥梁耦合振动，
其动力特性就更为复杂； 3.干扰信号多且没有规律。
• 时域描述：信号的幅值随时间变化的数学表达式， 称为信号的时域描述。如加速度时程曲线、位移 时程曲线等。 信号的时域描述比较简单、直观，通过多个 测点的时程曲线，可以分析出结构的振幅、振型、 阻尼特性、动力冲击系数等参量。 时域描述不能明确揭示信号的频率成分和振 动系统的传递特性。
A
三、振动测试系统组成
• 频域描述：对信号进行频谱分析，研究其频率结 构及其对应的幅值大小，即采用频域描述。 需将时域信号通过傅立叶变换变为频域信号， 从而确定结构的频率和频率分布特性。
第二节 桥梁结构动力响应的测试
一、激振方法
• 自振法、强迫振动法、脉动法。 选用时应根据桥梁的类型和刚度进行选择，
以简单易行、便于测试为原则。通常，多将上述 一种或两种方法结合起来，以便全面把握桥梁结 构的动力特性。
• 桥梁结构的动载试验：利用某种激振方法激起桥 梁结构的振动，测定桥梁结构的固有频率、阻尼 比、振型、动力冲击系数、动力响应（加速度、 动挠度）等参量的试验项目，从而宏观判断桥梁 结构的整体刚度、运营性能。
桥梁结构的动载试验与静载试验的目的、测 试内容等方面有所不同，但对于全面分析掌握桥 梁结构的工作性能是同等重要。
对于原型桥梁结构，常常采用试验车辆以不 同的行驶速度通过桥梁，使桥梁产生不同程度的 强迫振动，简称“跑车试验”。动力响应最大时 的频率就是结构的固有频率。
在试验时，常采用1辆10t重的试验车辆以20、 40、60、80km/h的速度进行跑车试验。
对模型结构试验可利用一个频率可调的激振机
（一般采用离心激振器）对结构施加周期性的简谐
突然卸载法是在结构上预先施加一个荷载作 用，使结构产生一个初位移，然后突然卸去荷载， 利用结构的弹性使其产生自由振动。
为卸落荷载，可通过自动脱钩装置或剪断绳 索等方法，有时也专门设计断裂装置，即当预施 加力达到一定数值时，在绳索中间的断裂装置便 突然断裂，由此激发结构的振动。
2.强迫振动法
• 强迫振动法是利用专门的激振装置，对桥梁结构 施加激振力，使结构产生强迫振动，借组于共振 来确定结构的动力特性。
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ω
3 脉动法
• 脉动法：利用被测桥梁结构所处环境的微小而不 规则的振动来确定结构动力特性的方法。 这种微振动通常称之为“地脉动”，它是由 附近地壳的微小破裂和远处地震传来的脉动所产 生的，或由附近的车辆、机械的振动所引起的。 结构脉动的重要特性：明显反映结构的固有 频率。
二、传感器选取与布置
• 试验步骤：准备、试验、分析总结三个阶段。 • 试验性质：生产鉴定性、科学研究性。
一般采用现场实际结构测试，有时也可采用 结构模型动载试验（实验室试验），如风洞试验 （大跨度桥梁的风致振动试验）、模拟地震振动 台（桥梁结构的地震响应试验）等。
• 桥梁动载试验的基本任务： 1.结构动力特性：自振频率、阻尼特性、振型。 2.强迫振动响应：振幅、动应力、加速度等。 3.动荷载的动力特性：测定引起结构振动作用力 的大小、方向、频率与作用规律等。
1.自振法
• 自振法的特点是使桥梁产生有阻尼的自由衰减振 动，记录到的振动图形为桥梁的衰减振动曲线。
一般常用突然加载和突然卸载两种方法。
突然加载法是在被测结构上急速施加一个冲 击作用力。现场测试中，采用试验车辆的后轮从 三角垫块上突然下落对桥梁产生冲击作用，激起 桥梁的竖向振动，简称跳车试验；当测试某一构 件（如拉索）的振动时，常常采用木棒敲击的方 法产生冲击作用。
• 振动参量主要有：动应变、位移、加速度。 • 动应变：测试元件与静载相同，用动态应变仪进
行测量。 • 动位移：可得出桥梁的动力冲击系数，它是衡量
桥梁结构整体刚度的主要指标。 • 加速度：反映舒适程度，过大引起不适。
通常用加速度传感器，或用位移传感器。
动应变和动位移的测定：如下图，可通过布置动 态应变仪或位移传感器测出应变时程曲线或位移时 程曲线。 通过位移时程曲线可以求出固有频率、冲 击系数和阻尼比等。