桥梁结构动载试验（PPT总结39）

5桥梁动载试验验第一节动载载试验的方法法和程序第二节桥梁梁结构动力响响应的测试第三节动测测数据分析与与评价5.1动载试验的方方法和程序导致桥梁振动动的因素：发动机的抖抖动、路面不不平滑、人群群荷载、风荷荷载、地震等等。车辆数量量增多、载重重量增大、速速度增高等加加剧了桥梁的的振动。大跨跨度、超大跨跨度的桥梁，，地震、风荷荷载往往是控控制因素。因此，车辆振振动和其它动动力荷载已经经成为桥梁设设计、施工、、管理、养护护、维修等方方面的重要因因素之一。桥梁结构的振振动问题多采采用理论分析析和现场测试试相结合的研研究方法，因因此，振动测测试是解决工工程结构的重重要手段。振动测试技术术的发展：一一方面表现为为风洞试验、、模拟地震振振动台试验、、拟动力试验验等得到了广广泛的应用；；另一方面表表现为工程结结构在地震荷荷载、风荷载载、车辆动力力荷载等作用用下动力反应应的现场测试试手段得到了了很大改进。。桥梁结构的动动载试验：利用某种激激振方法激起起桥梁结构的的振动，测定定桥梁结构的的固有频率、、阻尼比、振振型、动力冲冲击系数、动动力响应（加加速度、动挠挠度）等参量量的试验项目目，从而宏观观判断桥梁结结构的整体刚刚度、运营性性能。桥梁结构的动动载试验与静静载试验的目目的、测试内内容等方面有有所不同，但但对于全面分分析掌握桥梁梁结构的工作作性能是同等等重要。试验步骤：准备、试验验、分析总结结三个阶段。。试验性质：生产鉴定性性、科学研究究性。一般采用现场场实际结构测测试，有时也也可采用结构构模型动载试试验（实验室室试验），如如风洞试验（（大跨度桥梁梁的风致振动动试验）、模模拟地震振动动台（桥梁结结构的地震响响应试验）等等。桥梁动载试验验的基本任务务：1.结构动力特性性：自振频率率、阻尼特性性、振型。2.强迫振动响应应：振幅、动动应力、加速速度等。3.动荷载的动力力特性：测定定引起结构振振动作用力的的大小、方向向、频率与作作用规律等。。桥梁结构动载载试验中，随随时间变化的的物理量一般般称为信号，如位移、应应变、振幅、、加速度等。。动载试验信号号比较复杂，，表现为：1.振源和结构的的振动响应都都是随时间而而变化的，是是随机的、不不确定的；2.桥梁结构自由由度多、车辆辆和桥梁耦合合振动，其动动力特性就更更为复杂；3.干扰信号多且且没有规律。。时域描述：信号的幅值值随时间变化化的数学表达达式，称为信信号的时域描描述。如加速速度时程曲线线、位移时程程曲线等。信号的时域描描述比较简单单、直观，通通过多个测点点的时程曲线线，可以分析析出结构的振振幅、振型、、阻尼特性、、动力冲击系系数等参量。。时域描述不能能明确揭示信信号的频率成成分和振动系系统的传递特特性。频域描述：对信号进行行频谱分析，，研究其频率率结构及其对对应的幅值大大小，即采用用频域描述。。需将时域信号号通过傅立叶叶变换变为频频域信号，从从而确定结构构的频率和频频率分布特性性。第二节桥梁梁结构动力响响应的测试一一、激振方法自振法、强迫迫振动法、脉脉动法。选用时应根据据桥梁的类型型和刚度进行行选择，以简简单易行、便便于测试为原原则。通常，，多将上述一一种或两种方方法结合起来来，以便全面面把握桥梁结结构的动力特特性。1.自振法自振法的特点点是使桥梁产生生有阻尼的自自由衰减振动动，记录到的的振动图形为为桥梁的衰减减振动曲线。。一般常用突然然加载和突然然卸载两种方方法。突然加载法是在被测结构构上急速施加加一个冲击作作用力。现场场测试中，采采用试验车辆辆的后轮从三三角垫块上突突然下落对桥桥梁产生冲击击作用，激起起桥梁的竖向向振动，简称称跳车试验；；当测试某一一构件（如拉拉索）的振动动时，常常采采用木棒敲击击的方法产生生冲击作用。。突然卸载法是在结构上预预先施加一个个荷载作用，，使结构产生生一个初位移移，然后突然然卸去荷载，，利用结构的的弹性使其产产生自由振动动。为卸落荷载，，可通过自动动脱钩装置或或剪断绳索等等方法，有时时也专门设计计断裂装置，，即当预施加加力达到一定定数值时，在在绳索中间的的断裂装置便便突然断裂，，由此激发结结构的振动。。2.强迫振动法强迫振动法是利用专门的的激振装置，，对桥梁结构构施加激振力力，使结构产产生强迫振动动，借组于共振来确定结构的的动力特性。。对于原型桥梁梁结构，常常常采用试验车车辆以不同的的行驶速度通通过桥梁，使使桥梁产生不不同程度的强强迫振动，简简称“跑车试试验”。动力力响应最大时时的频率就是是结构的固有有频率。在试验时，常常采用1辆10t重的试验车辆辆以20、40、60、80km/h的速度进行跑跑车试验。对模型结构试试验可利用一一个频率可调调的激振机（（一般采用离离心激振器））对结构施加加周期性的简简谐振动，使使结构产生强强迫振动，记记录各个激振振频率及对应应振幅，并作作A〜ω曲线。利用干干扰力频率与与结构自振频频率相等时，，结构产生共共振的原则,曲线极值对应应的频率就是是结构的固有有频率；结构构的阻尼比：ω1ω2ω3

t1t2t3A1maxA2max0.707A1max0.707A2maxAω3脉动法脉动法：利用被测桥桥梁结构所处处环境的微小小而不规则的的振动来确定定结构动力特特性的方法。。这种微振动通通常称之为““地脉动”，，它是由附近近地壳的微小小破裂和远处处地震传来的的脉动所产生生的，或由附附近的车辆、、机械的振动动所引起的。。结构脉动的重重要特性：明明显反映结构构的固有频率率。二、传感器选选取与布置振动参量主要要有：动应变变、位移、加加速度。动应变：测试元件与静静载相同，用用动态应变仪仪进行测量。。动位移：可得出桥梁的的动力冲击系系数，它是衡衡量桥梁结构构整体刚度的的主要指标。。加速度：反映舒适程度度，过大引起起不适。通常用加速度度传感器，或或用位移传感感器。动应变和动位位移的测定：如下图，可可通过布置动动态应变仪或或位移传感器器测出应变时时程曲线或位位移时程曲线线。通过位位移时程曲线线可以求出固固有频率、冲冲击系数和阻阻尼比等。加速度的测定定：测点处布置加加速度传感器器，可以测出出加速度时程程曲线，通过过频谱分析可可求出固有频频率，通过两两次积分可求求位移时程曲曲线。传感器的布置置：根据结构形形式而定，按按照理论计算算得出的振型型大致形状，，在变位较大大的部位布置置传感器，以以测得桥梁结结构最大反应应。桥梁结构的振振型：结构相应于于各阶固有频频率的振动形形式。一般桥桥梁结构，第第一固有频率率即基频，对对结构动力分分析才是重要要的。三、振动测试试系统组成激励部分：激励部分的的作用是实现现对测试对象象的激励，使使结构发生振振动，如在跳跳车试验、跑跑车试验中的的汽车就是激激励源。拾振部分：该部分由传传感器（加速速度、速度或或位移传感器器）、导线等等组成。数据采集分析析系统：该部分的作作用是将传感感器采得的信信号放大或转转为电压量，，然后进行记记录及分析。。四、试验组织织1.试验前现场准准备工作（1）仪器仪表、、传感器等的的检查与标定定；（2）传感器放样样定位，布置置测试导线，，采用合适的的方法将传感感器固定在被被测对象上，，对运营桥梁梁，注意传感感器、测试导导线的防护。。（3）建立试验领领导组织，进进行人员分工工安排。（4）正式试验前前，要进行预预测试。2、试验工作（1）试验项目：：地脉动测试试、跑车测试试、跳车测试试。一般从响响应小的开始始测试，即地地脉动—跑车—跳车。（2）跑车试验时时要较准确控控制试验车辆辆的车速（20,40,60km/h）。（3）每次测试后后，进行频谱谱分析，检查查数据是否正正常，比较实实测频率与理理论计算值是是否相符。（4）试验进行过过程中，不要要触动测试元元件及测量导导线，以免引引起读数的波波动。（5）试验完成，，回收测试导导线，拆除棚棚帐，清理现现场。第三节动动测数据分析析与评价桥梁结构的动动力特性如固固有频率、阻阻尼系数、振振型等，只与与结构本身的的组成形式、、刚度、质量量分布、材料料性质等有关关，与外荷载载等无关。动载试验中，，桥梁结构在在动载下的动动力反映不仅仅与结构的动动力特性有关关，而且与动动荷载有关，，其振动很复复杂，一般是是随机的。因因此需要对实实测振动波形形进行分析与与处理。常用用的方法有时时域分析方法法和频域分析析方法。一、时域分析析在时域分析中中，桥梁结构构的一些动力力参数可以直直接在相应的的时程曲线上上得出，例如如：在加速度时程程曲线上可以以得到各测点点的加速度振振幅；在位移移时程曲线上上可以用最大大动挠度减去去最大静挠度度得出位移振振幅；比较各各测点的振幅幅、相位确定定振型等。另一些参数需需要进行分析析处理，如：：如阻尼特性性、冲击系数数等。1.桥梁的阻尼特特性一般用对数衰衰减率δ或阻尼比D表示。衰减曲线如下下：衰减率的计算算：或由n个波形的平均均衰减率表示示：阻尼比：桥梁结构的阻阻尼比一般在在0.01~0.08之间。2.冲击系数（动动力系数）：：承受移动荷载的结结构如吊车梁梁、桥梁等，，常常需要确确定它的动力力系数，以判判定结构的工工作情况。动动挠度与静挠挠度的比值称为活载冲击击系数：慢速驶过快速驶过有轨时测定方方法：先使移动荷载载以最慢的速速度驶过结构构，测得结构构的最大挠度度，然后使移移动荷载按某某种速度驶过过，测得各种种速度驶过结结构的最大挠挠度，从中找找出最大挠度度的某一速度度。无轨时动力系系数的测定无轨时：由于于两次行驶的的线路不可能能完全一样，，故将移动荷荷载一次性高高速通过，取取振动挠度曲曲线最大值yd和振动挠度曲曲线之中线的的最大值yj的比值作为动动力系数。二、频域分析析（略）三、桥梁结构构动力性能的的分析评价比较桥梁结构构频率的理论计算值值与实测值，，如果实测值值大于理论计计算值，说明明桥梁结构的的实际刚度较较大，反之则则说明桥梁结结构的刚度偏偏小，可能存存在开裂或其其它不正常现现象。一般地地，在进行理理论计算时，，常常会做出出一些假设，，忽略了一些些次要因素，，故理论计算算值要大于实实测值。冲击系数与桥梁结构的的结构形式、、车辆的速度度、桥面的平平整度等有关关。反映了桥桥梁结构的整整体性能，是是衡量结构刚刚度的主要指指标。根据动动力冲击系数数的实测值来来评价桥梁结结构的行车性性能，实测冲冲击系数较大大则说明桥梁梁结构的行车车性能差，桥桥面的平整程程度不良，反反之亦然。根据实测加速度量值的大小，，评价桥梁结结构行车的舒舒适性。车辆辆在桥梁结构构行驶时最大大竖向加速度度不宜超过0.065g，否则就会引引起司乘人员员的不适。实测阻尼比的大小反映了了桥梁结构耗耗散外部能量量输入的能力力，阻尼比大大，说明桥梁梁结构耗散外外部能量输入入的能力强，，振动衰减得得快；阻尼比比小，说明桥桥梁结构耗散散外部能量输输入的能力差差，振动衰减减得慢。但是是，过大的阻阻尼比则说明明桥梁结构可可能存在开裂裂或支座工作作状况不正常常等现象。疲劳试验疲劳试验基本本概念：1、疲劳现象：结构在反复复循环荷载作作用下，由于于结构某一部部分局部损伤伤的递增和积积累，导致裂裂纹的形成并并逐步扩展，，当循环达到到一定次数时时，结构应力力在低于强度度设计值情况况下发生脆性性破坏，这就就是结构或材材料的疲劳现现象。2、疲劳强度：一般与幅值值和重复次数数有关，当循循环应力小于于某值时，荷荷载重复次数数的增加不会会引起疲劳破破坏，当超过过该值时则会会产生疲劳破破坏，该值叫叫疲劳强度。。3、疲劳试验目目的：研究结结构的结构性性能及其变化化规律，确定定疲劳极限（（疲劳破坏时时的强度值））和疲劳寿命命（荷载重复复作用的次数数）。4、疲劳试验分分类：等幅等等频疲劳、变变幅变频疲劳劳和随机疲劳劳。结构疲劳试验验的方法1、荷载大小取取值荷载上限值：按试件在荷荷载标准值的的最不利组合合产生的效应应值计算而得得的。