中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術集團企業(yè)。
振動測試應用于各行各業(yè)，其中橋梁結構的振動測試是橋梁結構試驗的重要組成部分，相對于橋梁靜載試驗的測試，其難度相對較大，下面中交路橋科技就從振動測試的概念、方法進行總結，希望會對檢測人員有所幫助。
橋梁振動的因素
汽車發(fā)動機的抖動、路面不平滑、人群荷載、風荷載、地震等。車輛數(shù)量增多、載重量增大、速度增高等加劇了橋梁的振動。大跨度、超大跨度的橋梁，地震、風荷載往往是控制因素。因此，車輛振動和其它動力荷載己經(jīng)成為橋梁設計、施工、管理、養(yǎng)護、維修等方面的重要因素之一。
橋梁結構的振動問題多采用理論分析和現(xiàn)場測試相結合的研究方法，因此，振動測試是解決工程結構的重要手段。
橋梁結構的動態(tài)測試
一、橋梁結構動載試驗
利用某種激振方法激起橋梁結構的振動，測定橋梁結構的固有頻率、阻尼比、振型、動力沖擊系數(shù)、動力響應(加速度、動撓度)等參量的試驗項目，從而宏觀判斷橋梁結構的整體剛度、運營性能。
橋梁結構的動載試驗與靜載試驗的目的、測試內(nèi)容等方面有所不同，但對于全面分析掌握橋梁結構的工作性能是同等重要。
一般采用現(xiàn)場實際結構測試，有時也可采用結構模型進行動載試驗(實驗室試驗)，如風洞試驗(大跨度橋梁的風致振動試驗)、模擬地震振動臺(橋梁結構的地震響應試驗)等。
1、動載試驗的目的
根據(jù)動載試驗的目的，動載試驗主要是進行橋梁結構的動力特性測試、強迫振動響應的測試以及動荷載的動力特性測試。對于一般的橋梁結構主要是進行橋梁結構動力特性以及橋梁結構響應的測試。
結構動力特性：自振頻率、阻尼特性、振型。
強迫振動響應：振幅、動應力、加速度等。
動荷載的動力特性：測定引起結構振動作用力的大小、方向、頻率與作用規(guī)律等。
2、動態(tài)測試系統(tǒng)
動態(tài)測試系統(tǒng)主要包括拾振器、信號放大器、信號采集儀和振動測試分析系統(tǒng)4個部分組成。拾振器將橋梁振動的振動信號轉(zhuǎn)化成模擬信號，經(jīng)過信號放大器將信號放大后傳輸至信號采集儀。信號采集儀將放大后的模擬信號進行數(shù)據(jù)采集，并通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。通過信號采集儀和現(xiàn)場監(jiān)控計算機對采樣參數(shù)進行采集控制?，F(xiàn)場采集的各種橋梁動態(tài)數(shù)據(jù)通過動態(tài)測試分析和模態(tài)分析軟件對橋梁振動測試分析和橋梁的振動模態(tài)進行分析。
二、動態(tài)測試信號
橋梁結構動載試驗中，隨時間變化的物理量一般稱為信號，如撓度、應變、振幅、加速度等。
動載試驗信號比較復雜，表現(xiàn)為：
振源和結構的振動響應都是隨時間而變化的，是隨機的、不確定的。
橋梁結構自由度多、車輛和橋梁相耦合振動，其動力特性就更為復雜。
干擾信號多且沒有規(guī)律。
1、動態(tài)信號的時域描述
信號的幅值隨時間變化的數(shù)學表達式，稱為信號的時域描述。如加速度時程曲線、位移時程曲線等。信號的時域描述比較簡單、直觀，通過多個測點的時程曲線，可以分析出結構的振幅、振型、阻尼特性、動力沖擊系數(shù)等參量，但不能明確揭示信號的頻率成分和振動系統(tǒng)的傳遞特性。
2、動態(tài)測試信號的頻域描述
對信號進行頻譜分析，研究其頻率結構及其對應的幅值大小，即采用頻域描述。需將時域信號通過快速傅立葉變換變?yōu)轭l域信號，從而確定結構的頻率和頻率分布特性。
三、橋梁結構的動力響應測試
橋梁結構振動測試傳感器的布置應根據(jù)結構形式而定，按照理論計算得出的振型大致形狀，在變位較大的部位布置傳感器，以測得橋梁結構反應。
橋梁振動測試的按照激振方法分為自振法、強迫振動法、脈動法。
振動測試方法選用時應根據(jù)橋梁的類型和剛度進行選擇，以簡單易行、便于測試為原則。通常，多將上述一種或兩種方法結合起來，以便全面把握橋梁結構的動力特性。
1、自振法
使橋梁產(chǎn)生有阻尼的自由衰減振動，記錄到的振動圖形為橋梁的衰減振動曲線。一般常用突然加載和突然卸載兩種方法。
?。?）突然加載法
在被測結構上急速施加一個沖擊作用力?，F(xiàn)場測試中，采用試驗車輛的后輪從三角墊塊上突然下落對橋梁產(chǎn)生沖擊作用，激起橋梁的豎向振動，簡稱跳車試驗；當測試某一構件(如拉索)的振動時，常采用橡皮錘敲擊的方法產(chǎn)生沖擊作用。
（2）突然卸載法
在結構上預先施加一個荷載作用，使結構產(chǎn)生一個初位移，然后突然卸去荷載，利用結構的彈性使其產(chǎn)生自由振動。為卸落荷載，可通過自動脫鉤裝置或剪斷繩索等方法，有時也專門設計斷裂裝置，即當預施加力達到一定數(shù)值時，在繩索中間的斷裂裝置便突然斷裂，由此激發(fā)結構的振動。
2、強迫振動法
強迫振動法是利用專門的激振裝置，對橋梁結構施加激振力，使結構產(chǎn)生強迫振動，借助于共振來確定結構的動力特性。對于原型橋梁結構，常常采用試驗車輛以不同的行駛速度通過橋梁，使橋梁產(chǎn)生不同程度的強迫振動，簡稱“跑車試驗”。在試驗時，常采用1輛試驗車輛以20、30、40、50km/h的速度進行跑車試驗。
3、脈動法
利用被測橋梁結構所處環(huán)境的微小而不規(guī)則的振動來確定結構動力特性的方法。這種微振動通常稱之為“地脈動”，它是由附近地殼的微小破裂和遠處地震傳來的脈動、橋址處風荷載、水流等隨機荷載激振而引起橋跨結構的微小振動響應。
結構脈動測試的重要特性：明顯反映結構的固有頻率。
脈動法是橋梁結構模態(tài)測試中最常用的測試方法，屬于模態(tài)試驗中基于響應數(shù)據(jù)的模態(tài)分析（OMA）方法。隨機子空間法是OMA中最精確的方法，整體擬合法，擬合時同時考慮多點的輸出波形，當模態(tài)比較密集時，即使模態(tài)頻率比較接近，也不會影響識別的精度。
四、脈動法進行橋梁模態(tài)測試的實例
1、橋梁概況
采用模態(tài)測試的橋梁主橋上部結構為下承式鋼管混凝土系桿拱橋，采用剛性系梁剛性拱結構形式，拱肋拱軸線采用懸鏈線，中間設一榀鋼管混凝土拱肋，拱肋截面為桁架式。拱肋由4根鋼管組成。橋梁共設17對吊桿，系梁采用單箱三室的箱型截面。
2、振動測點布置
根據(jù)本橋的結構特點以及有限元模態(tài)分析的前10階頻率范圍，確定本橋模態(tài)測試中主要布設豎向振動測點和水平振動測點兩類加速度傳感器。橋梁豎向振型或扭轉(zhuǎn)振型的測試共布設29個豎向加速度傳感器測點，節(jié)點2~8、節(jié)點11~17，節(jié)點20~26，節(jié)點28~34共布設28個測點，節(jié)點10處布設1個參考點。橋梁水平振動測試13個水平加速度傳感器測點，節(jié)點8~14布設7個橋面水平測點，節(jié)點22~26布設5個拱上水平測點，在節(jié)點8位置附近布設1個參考點。
