确定试验工况和测点位置的方法和注意事项

1)试验工况的确定

桥梁动载试验工况应根据具体的测试参数和采用的激振方法确定。 激振方法可根据结构特点、测试的精度要求、方便性及现场实际情况确定,宜采用环境随机激振法、行车激振法和跳车激振法,也可采用起振机激振法或其他激振方法。

(1)环境随机激振法

环境随机激振法也称脉动法,是指在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下,通过测定桥梁由风荷载、地脉动、水流等随机激励引起的微幅振动来识别结构自振特性参数的方法。 对大跨度悬吊结构,如悬索桥、斜拉索桥跨结构、塔墩以及具有分离式拱肋的大跨度下承式或中承式拱桥,可利用结构由外界各种因素所引起的微小而不规则的振动来确定结构动力特性,它由附近的车辆、机器等振动或附近地壳的微小破裂和远处的地震传来的脉动所产生。 该方法需对采集的长样本信号进行能量平均,以便消除随机因素的影响。 对悬索桥、斜拉桥等自振频率较低的桥型,为保证频率分辨率和提高信噪比,采集时间一般不小于30 min。 对于小跨径桥梁,采集时间可以酌情减少。 环境随机激振法更适合大跨柔性桥梁。

(2)行车激振法和跳车激振法

行车激振法,是利用车辆驶离桥面后引起的桥梁结构余振信号来识别结构自振特性参数,对小阻尼桥梁效果较好。 为提高信噪比,获取尽可能大的余振信号,可采用不同的车速进行多次试验,或在桥跨特征截面设置弓形障碍物进行激振(有障碍行车激振)。 通常结合行车动力响应试验统筹考虑获取余振信号。

跳车激振法,是通过让单辆载重汽车的后轮在指定位置从三角形垫块上突然下落对桥梁产生冲击作用,激起桥梁的振动。 该方法更适用于其他方法不易激振、刚度较大的桥梁,如石拱桥、小跨径梁式桥等。

梁式桥采用跳车激振法时,一般进行车辆自重附加质量影响的修正。 研究表明,对跨径小于20 m 的简支梁桥,车辆自重的影响是不可忽略的。

(3)起振机激振法

起振机激振法,是指利用起振机采用可控的定点正弦激励或正弦扫描激励使结构产生稳态振动。 该方法测试精度高,但需要较为庞大的起振机设备,运输不方便。 同时,安装起振机对桥面将产生一定的损伤。 在需要高精度识别桥梁结构动力特性时,可以采用此方法。

动力响应试验工况应包括下列主要内容:

①无障碍行车试验:宜在5 ~80 km/h 范围内取多个大致均匀分布的车速进行行车试验。车速在桥联(孔)上宜保持恒定,每个车速工况应进行2 ~3 次重复试验。

②有障碍行车试验:可设置弓形障碍物模拟桥面坑洼进行行车试验,车速宜取5 ~20 km/h,障碍物宜布置在结构冲击效应显著部位。

③制动试验:车速宜取30 ~50 km/h,制动部位应为动态效应较大的位置。 对漂浮体系桥梁,应测试主梁纵向位移等项目。

由于桥面无障碍行车试验的车速根据设计车速、路幅宽度、桥面线形、路况等因素综合考虑,采用测速仪或由实测时程信号在特征部位的起讫时间确定实际车速。 在保证安全的情况下,通常取较大的车速范围。 冲击系数是与桥面平整度、车-桥耦合振动等相关的随机变量,单次试验的随机性较大,影响评价的客观性,因此每个车速工况通常进行2 ~3 次重复试验。

2)测定截面和测点位置的确定(www.xing528.com)

测试截面及测点布置应符合下列规定:

①桥梁动载试验的测试截面应根据桥梁结构振型特征和行车动力响应最大的原则确定。一般可根据桥梁结构规模按跨径8 等分或16 等分简化布置。 桥塔或高墩,宜按高度分3 ~4个节段分段布置。

②对于常见的简支梁桥及连续梁桥,根据具体情况可参照表10.10 至表10.12 选择测试截面。

③大型桥梁振型测试可将结构分成几个单元分别测试,整个试验布置一固定参考点(应避开振型节点),每次测试都应包含固定参考点。 将几个单元的测试数据通过参考点关联,拟合得到全桥结构振型图。

④测试桥梁结构行车响应时,应选择桥梁结构振动响应幅值最大部位为测试截面。 简单结构宜选择跨中1 个测试截面,复杂结构应增加测试截面。

⑤用于冲击效应分析的动挠度测点每个截面应至少布置1 个。 采用动应变评价冲击效应时,每个截面在结构最大活载效应部位的测点数不宜少于2 个。

表10.10　简支梁桥前5 阶模态的传感器布置方案

注:L 为简支梁桥的计算跨径。

表10.11　两等跨连续梁前4 阶模态的传感器布置方案

注:L 为桥梁跨径总长。

表10.12　三等跨连续梁前3 阶模态的传感器布置方案

注:L 为桥梁跨径总长。