利用低阶环境振动实测模态识别实桥抗弯刚度.pdf

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1、第1期（总第171期）No.1(SerialNo.171)2014年2月CHINAMUNICIPALENGINEERINGFeb.2014DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2014.01.027利用低阶环境振动实测模态识别实桥抗弯刚度12袁红茵，袁晓星（1.广州市南沙新区城市管理局，广东广州511457;2.佛山科学技术学院，广东佛山528000）摘要：利用有限权量平差的最小二乘解识别方法和环境振动实测低阶模态对某三跨连续箱梁实桥结构单元抗弯刚度进行了识别。首先通过对有限元动力计算模型进行模拟误差分析，确定有限权量的最佳平差参数；再利用实测低

2、阶模态对结构单元抗弯刚度进行识别。结果表明，现有测试技术对实际桥梁结构识别是可行的，基本满足工程精度要求。关键词：环境振动；实测模态识别；三跨连续箱梁实桥；抗弯刚度中图分类号：U441文献标志码：A文章编号：1004-4655(2014)01-0076-03服役桥梁结构的安全监控和健康诊断越来越引单元抗弯刚度进行了识别。结果表明，在现有测试起工程界高度关注，但目前只对桥梁结构各种响技术条件下，此方法对于实际桥梁结构是可行的，应（包括位移、应变、应力等）进行监测，无法对基本满足工程精度要求。结构局部刚度变化等进行识别或监测。一方面，严1基本理论重超载、施工缺陷、地震等

3、自然灾害可导致桥梁结考虑一个具有N自由度结构的无阻尼自由振构损伤（如裂缝等现象）和刚度降低，理论上可通动方程组，见式（1）。2T过动载等试验所获模态识别定量评估桥梁结构的刚Kφi=ωiMφi（1）度，但此类问题求解方程的高度病态性和模态测量式中：K、M分别为刚度矩阵及质量矩阵（本文采2T误差对求解或识别精度的影响极大；另一方面,桥用集中质量矩阵）；φi、ωi及φi（i=1，2，…，L）梁结构尺寸巨大、服役环境复杂等原因，现场实测分别为振型、自振频率及振型转置矩阵；L为测试往往只能获取少数较为精确的低阶模态，国际上也模态阶数。尚无有效、可靠和实用桥梁结构的刚度识别和定

4、量事实上集中质量矩阵和一致质量矩阵是2种通评估通用方法和实体桥梁应用实例。常的质量矩阵形式。根据这2种质量矩阵计算的结现实中的桥梁结构真实构件刚度和质量均为未果是有一定差异的：在较低频率时差异不大,但较知数，而结构的实测模态参数(频率、振型、阻尼高频率时差异较大。这些差异主要是由单元的弯曲比等)是包含一定程度误差的结构真实动力响应。转动以及单元自由度的相互耦合引起的。结构构件质量通过设计尺寸、验收资料、现场测量将正交条件式两端同时乘以1个纯数γ和检测、支座反力传感器等进行集计，获取相对容（γ≥0时退化为常规最小二乘方法），见式（2）。T2易；而模型质量集计误差与模态

5、测试系统误差无γφiKφj=γωi（2）2关，故应尽可能对实测模态精确集计。（j=i时为ωi，j≠i时为零）本文利用有限权量平差的最小二乘解识别方由于结构损伤导致刚度的降低或劣化现象，因［1］法和环境振动实测低阶模态对国内某座服役的此建立有限元计算模型，通过单元抗弯刚度（EI）30.0m+38.2m+30.0m的三跨连续箱梁实桥结构等的变化与设计资料等进行比较，评价结构的损伤程度，为结构补强加固设计、承载能力验算等设收稿日期：2013-06-27计分析提供依据。设用一系数列阵α={α1，α2，第一作者简介：袁红茵(1962—)，男，研究员级高级工程师，T博士，主要研

6、究方向为结构及桥梁非线性极限承载能力和健α3,…,αr}（αi≠0，i=1，2,…,R，R为αi的数康监测技术研究。量）来表示未知量结构的刚度（或称剩余刚度）系76第1期（总第171期）No.1(SerialNo.171)2014年2月CHINAMUNICIPALENGINEERINGFeb.2014袁红茵，袁晓星：利用低阶环境振动实测模态识别实桥抗弯刚度2014年第1期DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2014.01.027数，将相互独立的损伤指标αi分别乘以单元刚度主梁为单箱双室断面（见图1），梁高2.0m，混3EI等之后代入式（1）和式

7、（2），经整理后得出方凝土C50现浇（取容重25kN/m及弹性模量72差表达式见式（3）。3.25×10kN/m）。桥面铺装及人行道、钢护栏222利用低阶环境振动实测模态识别实桥抗弯刚度Σpvv=Σp{(Dijαi-Fi)+(γDij'αi-γωi)}等单位长度重量合计为62kN/m。设计荷载为汽(i=1,…,L×N;j=1,…,R)（3）-超20级，挂-120。袁红茵1，袁晓星2式中：v为测试误差；D为（L×N）×R阶矩阵；1200（1.广州市南沙新区城市管理局，广东广州511457;2.佛山科学技术学院，广东佛山528000）F为（L×N）×1列阵；Dij'