动载试验.pdf

1第五章 桥梁动载试验 2本章主要内容 第一节 动载试验的方法与程序 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 3第一节 动载试验的方法与程序 4导致桥梁振动因素: 发动机的抖动、桥面不 平顺、人群荷载、风动力、地震力等。 车辆数量增多、载重量增大、行驶速度提高 等加剧桥梁振动。 大跨度、超大跨度的桥梁，地震、风振往往 是设计施工的控制因素。 因此，车辆荷载或其它动力荷载对桥梁结构 的冲击和振动影响，已成为桥梁设计、计 算、施工、运营、维修养护的重要问题之 一。 5桥梁结构的振动问题，多采用理论分析与现场实 测相结合的研究方法，因此，振动测试是解决工 程结构振动问题必不可少的手段。 近二十年来，随着计算机与自动化技术的发展， 振动测试技术取得了极大的进展；一方面表现在 风洞试验、模拟地震振动台试验、拟动力试验得 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、车辆荷载作用下动力反应的现 场测试手段也得到了很大的改进。 6桥梁结构的动载试验是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虽然在试验 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。 7试验步骤：准备、试验、分析总结三阶段。 试验性质：生产鉴定性、科学研究性。 现场实际结构测试 结构模型动载试验 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 8桥梁动载试验基本任务 结构动力特性：自振频率、阻尼特性、振 型。 强迫振动响应：振幅、动应力、加速度等。 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。 9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： 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。 桥梁结构自由度多、车辆与桥梁耦合振动，其动 力特性就更为复杂。 干扰信号。 10 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。 11 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。 12 13 激振源 结构振动 传感器 测量放 大线路 记录分 析装置 振动测试系统 桥梁结构振动测试系统原理 14 第二节 桥梁结构动力响应的测试 15 一、激振方法 激振方法：自振法、强迫振动法、脉动法 等。 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。 16 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。 在现场测试中，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。 17 试验车辆 桥面 三角垫块 80 50 151 :2 5 1 0 1 5 2 0 - 0 . 0 2 0 0 . 0 2 时 间 ( s ) 加 速 度 / g 5 1 0 1 5 2 0 - 0 . 0 6 - 0 . 0 4 - 0 . 0 2 0 0 . 0 2 0 . 0 4 时 间 ( s ) 位 移 /㎝ 突然加载法示例 18 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。 19 重物 断裂装置 绞车 桥墩 突然卸载法示例 20 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 助于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”。 在试验时，常采用1辆10t重的试验车辆以20、