B.0.1 測量橋梁自振特性比較切實可行的方法應該是環(huán)境隨機激勵法。根據目前國產儀器的性能指標及模態(tài)分析軟件的能力,一般橋梁測出前幾階振動頻率與振型應當無實質性的困難。但該方法也有局限,測得的阻尼比不是很理想。至于其他像車輛余振法等要想測量多階振型是很難的。
橋梁自振特性的測試應使用高靈敏度的傳感器和高信噪比的放大器,同時應具備功能較強的信號分析設備及其相應軟件。環(huán)境激勵法記錄時間通常不少于30min。
為了盡可能測出高階頻率,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)。橋梁結構振型的測定可采用下述兩種方法中的一種:
1 在所要測定橋梁結構振型的峰、谷點上布設傳感器,用放大特性相同的多路放大器和記錄特性相同的多路記錄儀,同時測記各測點的振動響應信號;
2 將結構分成若干段,選擇某一分界點作為參考點,在參考點和各分界點分別布設傳感器,按上款的方式測記各測點的振動響應信號。
B.0.2 對于簡單結構(如簡支梁),結構振型根據結構動力學的常識就能確定;但對于復雜結構,結構不同階數、性質(各方向的彎曲、扭轉等)的振型一般需采用專門的結構分析軟件確定。
B.0.3 環(huán)境激勵是指地脈動或風荷載,在輸入未知的條件下,利用結構的響應頻譜近似確定傳遞函數,進而采用模態(tài)識別技術得到橋梁自振特性。
B.0.4 汽車在橋上時,記錄分析所得振動頻率可能包含有橋梁自振和汽車強迫振動頻率,不易識別;汽車出橋后,記錄分析衰減信號的頻率即為橋梁自振頻率。
B.0.5 跳梁法是指人群在橋梁上突然跳起,落地后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(xiàn)場測試時,宜通過單點敲擊、多點拾振獲取振動曲線。
根據具體橋型和測試要求,還可采用重物沖擊等人工激勵方法。
B.0.6 此方法適用于其他方法不易激振的、剛度較大的橋梁,如石拱橋、小跨徑梁式橋等。
B.0.7 合理布置測點:事先需了解理論振型,測點盡可能布設在控制斷面上且測點數量應滿足能完整地畫出振型曲線的需要。由于每次試驗用的拾振器數量總是有限的,所以要在橋上選擇合適的參考點(將一個拾振器放在參考點上始終不動),分批移動其他拾振器到所有測點。
因為振型是考慮同一頻率時的波形幅值和相位得到的,因此,除應按慣例對測振儀器系統(tǒng)進行定期檢定或校準外,還應進行現(xiàn)場標定,即將儀器系統(tǒng)的全部傳感器在同一參考點上標定:一是檢查各通道靈敏度的設置(若傳感器未經定期檢定或校準,則按相對靈敏度設置),使經傅立葉變換后的波形在同頻率時的幅值歸一化,以便得到最大幅值為1的振型曲線;二是確認當前接線方式下各傳感器的輸出相位。注意現(xiàn)場標定后的儀器系統(tǒng)(從拾振器、導線,一直到記錄通道)在使用時不宜進行變更。
所需測試的振型階數與橋型和分析需求都有關,簡支梁如果只關心豎向振動可能只需要測試一、二階振型即可,而連續(xù)梁可能三階也不夠,復雜結構橋梁的振型更為復雜。橋梁結構振型的最少測試階數應由橋型特點和動力分析需要的精度確定。建議結構振型測試的最少階數為:
1 懸索橋、斜拉橋不少于5階;
2 連續(xù)梁、剛構、拱橋和簡支梁不少于3階。
B.0.8 當橋梁結構在其某一共振頻率上產生共振時,總對應著一個主振型,此時只要在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,并通過傅立葉變換得到幅值和相位隨頻率的變化,就可分析得到所要求的振型曲線。這里通過圖1的簡支梁例子簡單介紹分析方法。該簡支梁布設了3個測點,所測3個時域波形經傅立葉變換后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,利用歸一化的幅值以及以某一測點為基準判斷其他2個測點與它的相位差,可得到某階振型頻率時各測點的分解諧波[圖1(a)、圖1(b)],據此繪制出簡支梁的前二階振型曲線。

圖1 確定簡支梁振型的方法示意圖
B.0.9 利用波形分析法求取阻尼比時,可按示意圖2并利用式

圖2 有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之間的波形數;
T——周期;
w——衰減振動圓頻率。
半功率帶寬法是在共振曲線(頻譜圖)一階共振峰處通過確定半功率帶寬來推定阻尼比的方法。如圖3,在f=fn共振曲線峰值的0.707倍處,作一平行于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:
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采用環(huán)境激勵等方法進行模態(tài)參數識別時,可采用專用軟件計算各階模態(tài)阻尼比。
