第五章 桥梁结构动载试验

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1、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

2、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。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。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

3、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。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

4、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。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。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

5、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。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

6、共振来确定结构的动力特性。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：ω1ω2ω3t1t2t3A1maxA2max0.707A1max0.707

7、A2maxAω3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