橋梁結(jié)構(gòu)動載試驗(yàn)（PPT總結(jié)39）

5橋梁動載試驗(yàn)驗(yàn)第一節(jié)動載載試驗(yàn)的方法法和程序第二節(jié)橋梁梁結(jié)構(gòu)動力響響應(yīng)的測試第三節(jié)動測測數(shù)據(jù)分析與與評價5.1動載試驗(yàn)的方方法和程序?qū)е聵蛄赫駝觿拥囊蛩兀喊l(fā)動機(jī)的抖抖動、路面不不平滑、人群群荷載、風(fēng)荷荷載、地震等等。車輛數(shù)量量增多、載重重量增大、速速度增高等加加劇了橋梁的的振動。大跨跨度、超大跨跨度的橋梁，，地震、風(fēng)荷荷載往往是控控制因素。因此，車輛振振動和其它動動力荷載已經(jīng)經(jīng)成為橋梁設(shè)設(shè)計(jì)、施工、、管理、養(yǎng)護(hù)護(hù)、維修等方方面的重要因因素之一。橋梁結(jié)構(gòu)的振振動問題多采采用理論分析析和現(xiàn)場測試試相結(jié)合的研研究方法，因因此，振動測測試是解決工工程結(jié)構(gòu)的重重要手段。振動測試技術(shù)術(shù)的發(fā)展：一一方面表現(xiàn)為為風(fēng)洞試驗(yàn)、、模擬地震振振動臺試驗(yàn)、、擬動力試驗(yàn)驗(yàn)等得到了廣廣泛的應(yīng)用；；另一方面表表現(xiàn)為工程結(jié)結(jié)構(gòu)在地震荷荷載、風(fēng)荷載載、車輛動力力荷載等作用用下動力反應(yīng)應(yīng)的現(xiàn)場測試試手段得到了了很大改進(jìn)。。橋梁結(jié)構(gòu)的動動載試驗(yàn)：利用某種激激振方法激起起橋梁結(jié)構(gòu)的的振動，測定定橋梁結(jié)構(gòu)的的固有頻率、、阻尼比、振振型、動力沖沖擊系數(shù)、動動力響應(yīng)（加加速度、動撓撓度）等參量量的試驗(yàn)項(xiàng)目目，從而宏觀觀判斷橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)的整體剛剛度、運(yùn)營性性能。橋梁結(jié)構(gòu)的動動載試驗(yàn)與靜靜載試驗(yàn)的目目的、測試內(nèi)內(nèi)容等方面有有所不同，但但對于全面分分析掌握橋梁梁結(jié)構(gòu)的工作作性能是同等等重要。試驗(yàn)步驟：準(zhǔn)備、試驗(yàn)驗(yàn)、分析總結(jié)結(jié)三個階段。。試驗(yàn)性質(zhì)：生產(chǎn)鑒定性性、科學(xué)研究究性。一般采用現(xiàn)場場實(shí)際結(jié)構(gòu)測測試，有時也也可采用結(jié)構(gòu)構(gòu)模型動載試試驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室室試驗(yàn)），如如風(fēng)洞試驗(yàn)（（大跨度橋梁梁的風(fēng)致振動動試驗(yàn)）、模模擬地震振動動臺（橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)的地震響響應(yīng)試驗(yàn)）等等。橋梁動載試驗(yàn)驗(yàn)的基本任務(wù)務(wù)：1.結(jié)構(gòu)動力特性性：自振頻率率、阻尼特性性、振型。2.強(qiáng)迫振動響應(yīng)應(yīng)：振幅、動動應(yīng)力、加速速度等。3.動荷載的動力力特性：測定定引起結(jié)構(gòu)振振動作用力的的大小、方向向、頻率與作作用規(guī)律等。。橋梁結(jié)構(gòu)動載載試驗(yàn)中，隨隨時間變化的的物理量一般般稱為信號，如位移、應(yīng)應(yīng)變、振幅、、加速度等。。動載試驗(yàn)信號號比較復(fù)雜，，表現(xiàn)為：1.振源和結(jié)構(gòu)的的振動響應(yīng)都都是隨時間而而變化的，是是隨機(jī)的、不不確定的；2.橋梁結(jié)構(gòu)自由由度多、車輛輛和橋梁耦合合振動，其動動力特性就更更為復(fù)雜；3.干擾信號多且且沒有規(guī)律。。時域描述：信號的幅值值隨時間變化化的數(shù)學(xué)表達(dá)達(dá)式，稱為信信號的時域描描述。如加速速度時程曲線線、位移時程程曲線等。信號的時域描描述比較簡單單、直觀，通通過多個測點(diǎn)點(diǎn)的時程曲線線，可以分析析出結(jié)構(gòu)的振振幅、振型、、阻尼特性、、動力沖擊系系數(shù)等參量。。時域描述不能能明確揭示信信號的頻率成成分和振動系系統(tǒng)的傳遞特特性。頻域描述：對信號進(jìn)行行頻譜分析，，研究其頻率率結(jié)構(gòu)及其對對應(yīng)的幅值大大小，即采用用頻域描述。。需將時域信號號通過傅立葉葉變換變?yōu)轭l頻域信號，從從而確定結(jié)構(gòu)構(gòu)的頻率和頻頻率分布特性性。第二節(jié)橋梁梁結(jié)構(gòu)動力響響應(yīng)的測試一一、激振方法自振法、強(qiáng)迫迫振動法、脈脈動法。選用時應(yīng)根據(jù)據(jù)橋梁的類型型和剛度進(jìn)行行選擇，以簡簡單易行、便便于測試為原原則。通常，，多將上述一一種或兩種方方法結(jié)合起來來，以便全面面把握橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)的動力特特性。1.自振法自振法的特點(diǎn)點(diǎn)是使橋梁產(chǎn)生生有阻尼的自自由衰減振動動，記錄到的的振動圖形為為橋梁的衰減減振動曲線。。一般常用突然然加載和突然然卸載兩種方方法。突然加載法是在被測結(jié)構(gòu)構(gòu)上急速施加加一個沖擊作作用力?，F(xiàn)場場測試中，采采用試驗(yàn)車輛輛的后輪從三三角墊塊上突突然下落對橋橋梁產(chǎn)生沖擊擊作用，激起起橋梁的豎向向振動，簡稱稱跳車試驗(yàn)；；當(dāng)測試某一一構(gòu)件（如拉拉索）的振動動時，常常采采用木棒敲擊擊的方法產(chǎn)生生沖擊作用。。突然卸載法是在結(jié)構(gòu)上預(yù)預(yù)先施加一個個荷載作用，，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生生一個初位移移，然后突然然卸去荷載，，利用結(jié)構(gòu)的的彈性使其產(chǎn)產(chǎn)生自由振動動。為卸落荷載，，可通過自動動脫鉤裝置或或剪斷繩索等等方法，有時時也專門設(shè)計(jì)計(jì)斷裂裝置，，即當(dāng)預(yù)施加加力達(dá)到一定定數(shù)值時，在在繩索中間的的斷裂裝置便便突然斷裂，，由此激發(fā)結(jié)結(jié)構(gòu)的振動。。2.強(qiáng)迫振動法強(qiáng)迫振動法是利用專門的的激振裝置，，對橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)施加激振力力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動動，借組于共振來確定結(jié)構(gòu)的的動力特性。。對于原型橋梁梁結(jié)構(gòu)，常常常采用試驗(yàn)車車輛以不同的的行駛速度通通過橋梁，使使橋梁產(chǎn)生不不同程度的強(qiáng)強(qiáng)迫振動，簡簡稱“跑車試試驗(yàn)”。動力力響應(yīng)最大時時的頻率就是是結(jié)構(gòu)的固有有頻率。在試驗(yàn)時，常常采用1輛10t重的試驗(yàn)車輛輛以20、40、60、80km/h的速度進(jìn)行跑跑車試驗(yàn)。對模型結(jié)構(gòu)試試驗(yàn)可利用一一個頻率可調(diào)調(diào)的激振機(jī)（（一般采用離離心激振器））對結(jié)構(gòu)施加加周期性的簡簡諧振動，使使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)強(qiáng)迫振動，記記錄各個激振振頻率及對應(yīng)應(yīng)振幅，并作作A?ω曲線。利用干干擾力頻率與與結(jié)構(gòu)自振頻頻率相等時，，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共共振的原則,曲線極值對應(yīng)應(yīng)的頻率就是是結(jié)構(gòu)的固有有頻率；結(jié)構(gòu)構(gòu)的阻尼比：ω1ω2ω3

t1t2t3A1maxA2max0.707A1max0.707A2maxAω3脈動法脈動法：利用被測橋橋梁結(jié)構(gòu)所處處環(huán)境的微小小而不規(guī)則的的振動來確定定結(jié)構(gòu)動力特特性的方法。。這種微振動通通常稱之為““地脈動”，，它是由附近近地殼的微小小破裂和遠(yuǎn)處處地震傳來的的脈動所產(chǎn)生生的，或由附附近的車輛、、機(jī)械的振動動所引起的。。結(jié)構(gòu)脈動的重重要特性：明明顯反映結(jié)構(gòu)構(gòu)的固有頻率率。二、傳感器選選取與布置振動參量主要要有：動應(yīng)變變、位移、加加速度。動應(yīng)變：測試元件與靜靜載相同，用用動態(tài)應(yīng)變儀儀進(jìn)行測量。。動位移：可得出橋梁的的動力沖擊系系數(shù)，它是衡衡量橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)整體剛度的的主要指標(biāo)。。加速度：反映舒適程度度，過大引起起不適。通常用加速度度傳感器，或或用位移傳感感器。動應(yīng)變和動位位移的測定：如下圖，可可通過布置動動態(tài)應(yīng)變儀或或位移傳感器器測出應(yīng)變時時程曲線或位位移時程曲線線。通過位位移時程曲線線可以求出固固有頻率、沖沖擊系數(shù)和阻阻尼比等。加速度的測定定：測點(diǎn)處布置加加速度傳感器器，可以測出出加速度時程程曲線，通過過頻譜分析可可求出固有頻頻率，通過兩兩次積分可求求位移時程曲曲線。傳感器的布置置：根據(jù)結(jié)構(gòu)形形式而定，按按照理論計(jì)算算得出的振型型大致形狀，，在變位較大大的部位布置置傳感器，以以測得橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)最大反應(yīng)應(yīng)。橋梁結(jié)構(gòu)的振振型：結(jié)構(gòu)相應(yīng)于于各階固有頻頻率的振動形形式。一般橋橋梁結(jié)構(gòu)，第第一固有頻率率即基頻，對對結(jié)構(gòu)動力分分析才是重要要的。三、振動測試試系統(tǒng)組成激勵部分：激勵部分的的作用是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對測試對象象的激勵，使使結(jié)構(gòu)發(fā)生振振動，如在跳跳車試驗(yàn)、跑跑車試驗(yàn)中的的汽車就是激激勵源。拾振部分：該部分由傳傳感器（加速速度、速度或或位移傳感器器）、導(dǎo)線等等組成。數(shù)據(jù)采集分析析系統(tǒng)：該部分的作作用是將傳感感器采得的信信號放大或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為電壓量，，然后進(jìn)行記記錄及分析。。四、試驗(yàn)組織織1.試驗(yàn)前現(xiàn)場準(zhǔn)準(zhǔn)備工作（1）儀器儀表、、傳感器等的的檢查與標(biāo)定定；（2）傳感器放樣樣定位，布置置測試導(dǎo)線，，采用合適的的方法將傳感感器固定在被被測對象上，，對運(yùn)營橋梁梁，注意傳感感器、測試導(dǎo)導(dǎo)線的防護(hù)。。（3）建立試驗(yàn)領(lǐng)領(lǐng)導(dǎo)組織，進(jìn)進(jìn)行人員分工工安排。（4）正式試驗(yàn)前前，要進(jìn)行預(yù)預(yù)測試。2、試驗(yàn)工作（1）試驗(yàn)項(xiàng)目：：地脈動測試試、跑車測試試、跳車測試試。一般從響響應(yīng)小的開始始測試，即地地脈動—跑車—跳車。（2）跑車試驗(yàn)時時要較準(zhǔn)確控控制試驗(yàn)車輛輛的車速（20,40,60km/h）。（3）每次測試后后，進(jìn)行頻譜譜分析，檢查查數(shù)據(jù)是否正正常，比較實(shí)實(shí)測頻率與理理論計(jì)算值是是否相符。（4）試驗(yàn)進(jìn)行過過程中，不要要觸動測試元元件及測量導(dǎo)導(dǎo)線，以免引引起讀數(shù)的波波動。（5）試驗(yàn)完成，，回收測試導(dǎo)導(dǎo)線，拆除棚棚帳，清理現(xiàn)現(xiàn)場。第三節(jié)動動測數(shù)據(jù)分析析與評價橋梁結(jié)構(gòu)的動動力特性如固固有頻率、阻阻尼系數(shù)、振振型等，只與與結(jié)構(gòu)本身的的組成形式、、剛度、質(zhì)量量分布、材料料性質(zhì)等有關(guān)關(guān)，與外荷載載等無關(guān)。動載試驗(yàn)中，，橋梁結(jié)構(gòu)在在動載下的動動力反映不僅僅與結(jié)構(gòu)的動動力特性有關(guān)關(guān)，而且與動動荷載有關(guān)，，其振動很復(fù)復(fù)雜，一般是是隨機(jī)的。因因此需要對實(shí)實(shí)測振動波形形進(jìn)行分析與與處理。常用用的方法有時時域分析方法法和頻域分析析方法。一、時域分析析在時域分析中中，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)的一些動力力參數(shù)可以直直接在相應(yīng)的的時程曲線上上得出，例如如：在加速度時程程曲線上可以以得到各測點(diǎn)點(diǎn)的加速度振振幅；在位移移時程曲線上上可以用最大大動撓度減去去最大靜撓度度得出位移振振幅；比較各各測點(diǎn)的振幅幅、相位確定定振型等。另一些參數(shù)需需要進(jìn)行分析析處理，如：：如阻尼特性性、沖擊系數(shù)數(shù)等。1.橋梁的阻尼特特性一般用對數(shù)衰衰減率δ或阻尼比D表示。衰減曲線如下下：衰減率的計(jì)算算：或由n個波形的平均均衰減率表示示：阻尼比：橋梁結(jié)構(gòu)的阻阻尼比一般在在0.01~0.08之間。2.沖擊系數(shù)（動動力系數(shù)）：：承受移動荷載的結(jié)結(jié)構(gòu)如吊車梁梁、橋梁等，，常常需要確確定它的動力力系數(shù)，以判判定結(jié)構(gòu)的工工作情況。動動撓度與靜撓撓度的比值稱為活載沖擊擊系數(shù)：慢速駛過快速駛過有軌時測定方方法：先使移動荷載載以最慢的速速度駛過結(jié)構(gòu)構(gòu)，測得結(jié)構(gòu)構(gòu)的最大撓度度，然后使移移動荷載按某某種速度駛過過，測得各種種速度駛過結(jié)結(jié)構(gòu)的最大撓撓度，從中找找出最大撓度度的某一速度度。無軌時動力系系數(shù)的測定無軌時：由于于兩次行駛的的線路不可能能完全一樣，，故將移動荷荷載一次性高高速通過，取取振動撓度曲曲線最大值yd和振動撓度曲曲線之中線的的最大值yj的比值作為動動力系數(shù)。二、頻域分析析（略）三、橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)動力性能的的分析評價比較橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)頻率的理論計(jì)算值值與實(shí)測值，，如果實(shí)測值值大于理論計(jì)計(jì)算值，說明明橋梁結(jié)構(gòu)的的實(shí)際剛度較較大，反之則則說明橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)的剛度偏偏小，可能存存在開裂或其其它不正?，F(xiàn)現(xiàn)象。一般地地，在進(jìn)行理理論計(jì)算時，，常常會做出出一些假設(shè)，，忽略了一些些次要因素，，故理論計(jì)算算值要大于實(shí)實(shí)測值。沖擊系數(shù)與橋梁結(jié)構(gòu)的的結(jié)構(gòu)形式、、車輛的速度度、橋面的平平整度等有關(guān)關(guān)。反映了橋橋梁結(jié)構(gòu)的整整體性能，是是衡量結(jié)構(gòu)剛剛度的主要指指標(biāo)。根據(jù)動動力沖擊系數(shù)數(shù)的實(shí)測值來來評價橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)的行車性性能，實(shí)測沖沖擊系數(shù)較大大則說明橋梁梁結(jié)構(gòu)的行車車性能差，橋橋面的平整程程度不良，反反之亦然。根據(jù)實(shí)測加速度量值的大小，，評價橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)行車的舒舒適性。車輛輛在橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)行駛時最大大豎向加速度度不宜超過0.065g，否則就會引引起司乘人員員的不適。實(shí)測阻尼比的大小反映了了橋梁結(jié)構(gòu)耗耗散外部能量量輸入的能力力，阻尼比大大，說明橋梁梁結(jié)構(gòu)耗散外外部能量輸入入的能力強(qiáng)，，振動衰減得得快；阻尼比比小，說明橋橋梁結(jié)構(gòu)耗散散外部能量輸輸入的能力差差，振動衰減減得慢。但是是，過大的阻阻尼比則說明明橋梁結(jié)構(gòu)可可能存在開裂裂或支座工作作狀況不正常常等現(xiàn)象。疲勞試驗(yàn)疲勞試驗(yàn)基本本概念：1、疲勞現(xiàn)象：結(jié)構(gòu)在反復(fù)復(fù)循環(huán)荷載作作用下，由于于結(jié)構(gòu)某一部部分局部損傷傷的遞增和積積累，導(dǎo)致裂裂紋的形成并并逐步擴(kuò)展，，當(dāng)循環(huán)達(dá)到到一定次數(shù)時時，結(jié)構(gòu)應(yīng)力力在低于強(qiáng)度度設(shè)計(jì)值情況況下發(fā)生脆性性破壞，這就就是結(jié)構(gòu)或材材料的疲勞現(xiàn)現(xiàn)象。2、疲勞強(qiáng)度：一般與幅值值和重復(fù)次數(shù)數(shù)有關(guān)，當(dāng)循循環(huán)應(yīng)力小于于某值時，荷荷載重復(fù)次數(shù)數(shù)的增加不會會引起疲勞破破壞，當(dāng)超過過該值時則會會產(chǎn)生疲勞破破壞，該值叫叫疲勞強(qiáng)度。。3、疲勞試驗(yàn)?zāi)磕康模貉芯拷Y(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性性能及其變化化規(guī)律，確定定疲勞極限（（疲勞破壞時時的強(qiáng)度值））和疲勞壽命命（荷載重復(fù)復(fù)作用的次數(shù)數(shù)）。4、疲勞試驗(yàn)分分類：等幅等等頻疲勞、變變幅變頻疲勞勞和隨機(jī)疲勞勞。結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)驗(yàn)的方法1、荷載大小取取值荷載上限值：按試件在荷荷載標(biāo)準(zhǔn)值的的最不利組合合產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)值計(jì)算而得得的。