懸索橋相似模型的模態(tài)試驗(yàn)技術(shù)(一)

1、懸索橋相似模型的模態(tài)試驗(yàn)技術(shù) 一摘要：特大跨度懸索橋相似模型的模態(tài)參數(shù)測(cè)定一直是一個(gè)難題。本 文從模態(tài)分析根本原理出發(fā)，介紹解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò) 實(shí)例加以說(shuō)明。關(guān)鍵詞：懸索橋橋梁模型模態(tài)試驗(yàn)一、前言 試驗(yàn)?zāi)B(tài)技術(shù)開(kāi)展已將近 20 年，工程應(yīng)用亦十分普遍。一般橋梁結(jié)構(gòu) 模型的模態(tài)試驗(yàn)，和大多數(shù)結(jié)構(gòu)模型一樣，因都是在線性小振幅范圍 內(nèi)進(jìn)行，且頻率范圍適中，所以都比擬容易做。但特大跨徑懸索橋相 似模型的模態(tài)試驗(yàn)卻不是這樣。如全橋風(fēng)洞模型，因要求與原型相似，模型本身就是一座既柔又輕的 結(jié)構(gòu)物。加上實(shí)際模型設(shè)計(jì)過(guò)程中，原橋結(jié)構(gòu)的剛度相似往往以脊骨 形式滿足，質(zhì)量分布相似那么以加集中質(zhì)量滿足，而

2、加勁梁斯塔等又都 要求氣動(dòng)外型相似，故整個(gè)結(jié)構(gòu)質(zhì)地輕柔、形 ？quot;松散"。懸索橋相 似模型的這些特點(diǎn)，使傳統(tǒng)的模態(tài)試驗(yàn)方法產(chǎn)生如下幾個(gè)問(wèn)題： 1鼓勵(lì)錘作用在輕柔的模型上，出力大小不易掌握。太重，模型不能 承受：輕了，能量不夠，遠(yuǎn)離鼓勵(lì)點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)的傳遞函數(shù)由于信躁比 低質(zhì)量會(huì)很差。2用隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)連接在模型上的電磁激振器，因?yàn)楣膭?lì)模型 的力是有一定周期的隨機(jī)躁聲且大小是可調(diào)的，所以能激發(fā)出模型比 較理想的多階模態(tài)。但這里： 激振器與模型的連接桿對(duì)模型有一個(gè) 附加質(zhì)量，當(dāng)模型本身的質(zhì)量奉獻(xiàn)不能忽略這個(gè)附加質(zhì)量的影響時(shí)， 就不能用這種方法。 懸索橋橋塔和加勁梁包括主纜的低階振動(dòng)

3、模態(tài)是分開(kāi)的，在橋塔上安裝激振器， 根本不能鼓勵(lì)出加勁梁的模態(tài)。 3模擬實(shí)橋環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)方法，對(duì)模型進(jìn)行隨機(jī)鼓勵(lì)，以能使全模型 保持隨機(jī)振動(dòng)狀態(tài)，測(cè)定模型各測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)，用這些響應(yīng)的線性譜和 響應(yīng)對(duì)響應(yīng)的傳遞函數(shù)確定模態(tài)參數(shù)。實(shí)測(cè)說(shuō)明，由此得到的傳 遞函數(shù)質(zhì)量比擬差也難以滿足要求。針對(duì)上述問(wèn)題，筆者憑籍對(duì)模態(tài)試驗(yàn)技術(shù)原理的深刻理解以及在各種 結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)方面豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 采用一種 "準(zhǔn)周期脈沖激 ?quot; 介 于上述 1，2 之間的方法，使特大跨徑懸索橋相似模型的模態(tài)試驗(yàn)這 個(gè)難題得到了解決。二、模態(tài)試驗(yàn)分析的根本原理結(jié)構(gòu)模型可離散為某種具有 N 個(gè)自由度的線彈性系數(shù)，其運(yùn)動(dòng)微分方 程為：給定輸入fx可以是鼓勵(lì)錘產(chǎn)生的脈沖力，也可以是小型電磁激振 器產(chǎn)生的隨機(jī)鼓勵(lì)力 ，測(cè)出模型的響應(yīng)信號(hào)輸出 x t ，就可 以得到該模型的傳遞函數(shù)。用公式表示：Xw= HwFw對(duì)系統(tǒng)p點(diǎn)的鼓勵(lì)并在I點(diǎn)措振，可得到傳遞函數(shù)矩陣中的第p行I元 素 式中，© li ©為l,p點(diǎn)的振型元素，從而對(duì)結(jié)構(gòu)上一或多點(diǎn)鼓勵(lì), 多或一點(diǎn)拾振，即可得到傳遞函數(shù)矩陣的某一列或行，進(jìn)而計(jì) 算出模態(tài)參數(shù)。