B.0.1 測量橋梁自振特(tè)性比較切實可行(háng)的方法應該是環(huán)境隨機激勵法。根據目前國產儀器的性能指標及模態分析軟件的能力,一般橋梁測出前幾階振動頻率與(yǔ)振型(xíng)應當無(wú)實質性的困難。但該方法也有局限,測得的阻尼比不是很理想。至於其他像車輛餘振法(fǎ)等要想測量多階振(zhèn)型是很難(nán)的。
橋梁自(zì)振特性的(de)測試應使用高靈敏(mǐn)度的傳感器(qì)和高信(xìn)噪比的放大器,同時應具備功能較強的信號分析設備及其相應軟件。環境(jìng)激勵法記錄時間通常不少於30min。
為了盡可能測出高階頻率(lǜ),應當預先估算結構振型,以便在結構的敏感點布置測振傳感器(拾振器)。橋梁結構(gòu)振型的測定可采用下述兩(liǎng)種方法中的一種:
1 在所要測定橋梁結構振型(xíng)的峰、穀點上布設傳(chuán)感(gǎn)器,用放大特性相同的多路放大器和記錄特性相同的多路記(jì)錄儀,同時測(cè)記各測點的振動響應信號;
2 將結構(gòu)分成若(ruò)幹(gàn)段,選擇某一分(fèn)界點作為參考點,在參考(kǎo)點和各分界點分別布(bù)設(shè)傳感(gǎn)器,按上款(kuǎn)的方(fāng)式測記各測點的振動響應信號。
B.0.2 對於(yú)簡單結構(如簡支梁),結構振型根(gēn)據(jù)結構動力學的常識(shí)就能確定;但對於複雜結構,結(jié)構不同階數、性質(各方向的彎曲、扭轉等(děng))的振型一般需采用專門(mén)的結構分析軟件確定。
B.0.3 環境激勵是指地脈動或風荷載,在輸入未知的條件下,利(lì)用結構的響應頻譜近(jìn)似確定傳遞函數,進而(ér)采用模態識別技術得到橋梁自振特性。
B.0.4 汽車在(zài)橋上時,記錄分析所得(dé)振動頻(pín)率可能包含有橋梁自振和(hé)汽車強(qiáng)迫振動頻率,不易識(shí)別;汽(qì)車出橋後,記錄分析衰減信號的頻率即為橋(qiáo)梁自振頻率。
B.0.5 跳梁法是(shì)指人群在橋梁上突然跳起,落地後根據拾振器記錄的豎向振動衰減波形得出自振頻率與阻尼比。力錘敲擊法現場測試時,宜通過單點敲擊、多點(diǎn)拾(shí)振獲取振動曲線。
根據具體橋型和測試要求,還可采用重物(wù)衝擊等人(rén)工激(jī)勵方法。
B.0.6 此方法適用於其他方法不易激振的、剛度較(jiào)大的橋(qiáo)梁(liáng),如石拱橋、小跨徑梁式橋等。
B.0.7 合理(lǐ)布置(zhì)測點(diǎn):事先需了解理論(lùn)振型,測(cè)點盡可能布設在控製斷麵上(shàng)且測(cè)點數量應滿足能完整地畫出振(zhèn)型曲線(xiàn)的需要。由(yóu)於每次試驗用的拾振(zhèn)器數量總是(shì)有限的,所以要在橋(qiáo)上選擇(zé)合適的參考點(將一個拾振器放(fàng)在參考點上始終不(bú)動),分批移動(dòng)其他拾振器到所有(yǒu)測點。
因為(wéi)振型(xíng)是考慮同一頻率時(shí)的(de)波形幅值和相位得到的(de),因此,除應按慣例對測振儀器係統進行定期檢定或校準外,還應進行現場標定,即將儀器係統的全部傳感器(qì)在同一(yī)參考點上標定:一是檢查各通道靈敏度的(de)設置(若傳感器未經定期檢定或校準(zhǔn),則按相對靈敏度(dù)設置),使經(jīng)傅立葉變換後的波形在同頻率時的幅值歸(guī)一(yī)化,以便得到最大幅值為1的(de)振型曲線;二是確認當前接(jiē)線方式下各傳感器的輸出相位。注意現場標定後的(de)儀器(qì)係(xì)統(從拾振器、導線,一直到記錄通道)在使用時不宜進行變更。
所需測試(shì)的振型階數與橋型和分析需求都有關,簡支梁如果隻關(guān)心豎向振動可能隻需要測試一、二階振型即可,而連續梁可能三階也不夠,複雜結構橋梁的振型更為複雜。橋梁(liáng)結構振型的最少測試階數應由橋型特點和動力分析需(xū)要的精度確定。建議結構(gòu)振型測試的最少階數為:
1 懸索橋、斜拉(lā)橋不少於5階(jiē);
2 連續梁、剛構、拱橋和簡支(zhī)梁不少於3階。
B.0.8 當橋梁結構在其某一共振頻率(lǜ)上產(chǎn)生共振時,總對應著一個主振(zhèn)型,此時隻要(yào)在(zài)橋上布置足夠的測點,利用儀器同時記錄它們在振動過程中的時域波形,並通過傅立葉變換得到(dào)幅(fú)值和相位隨頻率的變化,就可(kě)分(fèn)析得到所要求的振(zhèn)型(xíng)曲線。這裏通過圖(tú)1的(de)簡支梁例子簡單介紹分析方法。該簡支梁布設了(le)3個測點,所測3個時域波形經傅立葉變換後可得到相應的幅頻和相頻曲線,找出各共振峰對應頻率處的幅值及相位,利用歸一化的(de)幅值以(yǐ)及以某一測點(diǎn)為基準判(pàn)斷其他2個測(cè)點與它的相位差,可得到某(mǒu)階振型頻率時各測點的分解諧波[圖1(a)、圖1(b)],據此繪製出簡支梁的前二階振型曲線。
圖1 確(què)定簡支梁振型的方法示意圖
B.0.9 利用(yòng)波形分析法求取阻尼比時,可按示意圖2並利(lì)用(yòng)式(shì)
圖2 有(yǒu)阻尼自由衰減的振動波形曲線
(1)、式(2)計算:
式中:v——對數衰減率;
D——阻尼比;
yn、yn+m——第n個、第n+m個波的振幅;
m——yn~yn+m之間的波形(xíng)數;
T——周期(qī);
w——衰減振動圓頻率。
半功率帶寬法是在共振曲線(頻譜圖)一階共振峰處(chù)通(tōng)過確定半功率帶寬來推(tuī)定阻尼比的方法。如圖3,在f=fn共振曲線峰值的0.707倍處,作一平行於頻率軸的直線與曲線交兩點,這兩點對應的橫坐標上的頻率差△f=f2—f1,即半功率帶寬,由此按式(3)可求出阻尼比:
采用環境激勵等方(fāng)法進行(háng)模態參數識別時,可采(cǎi)用專用軟件計算各階模(mó)態阻尼比。