橋梁動(dòng)靜載、模態(tài)實(shí)驗(yàn)

橋梁動(dòng)靜載、模態(tài)實(shí)驗(yàn)考前須知等(僅做參考)靜載實(shí)驗(yàn)橋梁靜載實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)變測試通常采用的是1/4橋。橋梁靜載實(shí)驗(yàn)中，為了滿足小信號(hào)、低漂移和抗干擾性的要求，對(duì)連接電阻應(yīng)變測試的導(dǎo)線，建議選用2芯金屬屏蔽外加護(hù)套的PVC電纜線，線徑不可太小，建議最好選2×0.3～0.5(假設(shè)用半橋每個(gè)測點(diǎn)獨(dú)立補(bǔ)償，最好選用3芯或四芯)。另外，因本系統(tǒng)的電阻應(yīng)變適調(diào)器的連接電路中，任何金屬屏蔽線不應(yīng)作為電阻應(yīng)變電橋的連接導(dǎo)線用。電阻應(yīng)變電測中，為到達(dá)良好的抗干擾性能，根據(jù)測試場地的條件，對(duì)屏蔽線作適當(dāng)?shù)倪B接，如將屏蔽線與儀器的接地端連成一體，再與儀器地良好接妥。另外儀器本身一定要接地〔在保證使用的前提下，用一根盡量短、粗的導(dǎo)線進(jìn)行接地，一端連在儀器的接地端上，另一端最好直接接到大地中〕應(yīng)變測試用導(dǎo)線在接到靜態(tài)儀器〔如DH3815N〕上的測點(diǎn)時(shí)，建議最好采用焊接的方式，因?yàn)樵谶@種連接狀態(tài)下導(dǎo)線與儀器測點(diǎn)的接觸電阻根本不變化，測試效果好。而且補(bǔ)償片和工作片上的外接導(dǎo)線的長度值最好一樣長〔或者相差無幾〕，如果長度相差過大進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)線電阻相差過大，會(huì)導(dǎo)致橋路輸出零點(diǎn)超過儀器平衡范圍，從而使得該測點(diǎn)無法平衡，即使平衡也會(huì)導(dǎo)致測量范圍縮小，具體可通過查看平衡結(jié)果來判斷，例如平衡結(jié)果是17000，而儀器的測量范圍是20000，那么測量范圍就只有3000了。另外，靜態(tài)應(yīng)變測試時(shí)，應(yīng)變片粘貼效果的好壞，直接決定了應(yīng)變測試數(shù)據(jù)的好壞，特別是補(bǔ)償片的粘貼〔在多測點(diǎn)公用一個(gè)補(bǔ)償片的時(shí)候，補(bǔ)償片的重要性大于工作片〕，因此如果對(duì)于應(yīng)變粘貼工作不是太熟悉甚至未曾接觸過的情況下，建議請(qǐng)專門的應(yīng)變粘貼技工等人員來貼片。本公司用于橋梁靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的儀器以DH3815N或DH3816為主，因此本文以DH3815N為例，表達(dá)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的測試全過程：假設(shè)參與實(shí)驗(yàn)的儀器共有一臺(tái)主機(jī)，3臺(tái)副機(jī)：1-1，1-2，1-3。假設(shè)3臺(tái)儀器上全部接滿應(yīng)變片；翻開儀器后，然后翻開軟件。新建工程：選擇“文件|新建工程”，然后在跳出來的文本框中輸入實(shí)驗(yàn)工程名稱，如：“東門橋靜載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)”平衡：點(diǎn)擊“平衡”，平衡結(jié)束后，選擇主菜單欄中的“窗口|新建表格窗口”，并將主菜單欄中的“查看”中的選項(xiàng)全部選成“√”狀態(tài)。在表格窗口中點(diǎn)擊右鍵，選擇“顯示平衡狀態(tài)”，如下列圖所示，測點(diǎn)1、測點(diǎn)2處于“平衡狀態(tài)”，而測點(diǎn)3--測點(diǎn)8為“未平衡”狀態(tài)，說明測點(diǎn)3--測點(diǎn)8有問題〔接了應(yīng)變片的測點(diǎn)未平衡，說明該測點(diǎn)有問題；而未接應(yīng)變片的測點(diǎn)未平衡屬于正?，F(xiàn)象〕，這時(shí)要檢查有問題的測點(diǎn)原因所在，常見問題測點(diǎn)的原因有：〔1〕接觸不良〔2〕橋路接錯(cuò)〔3〕應(yīng)變片出了問題〔4〕工作片與補(bǔ)償片的外接導(dǎo)線長度相差較大〔導(dǎo)致電阻值相差較大〕〔5〕該測點(diǎn)損壞，等等注意：一旦平衡點(diǎn)確定，在以此平衡點(diǎn)為根底正式采樣后，千萬不要再點(diǎn)平衡鍵。將平衡結(jié)果導(dǎo)出：選擇“控制|導(dǎo)出平衡結(jié)果，如下列圖所示。此操作的目的是為了防止實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場突然斷電的情況。如果發(fā)生斷電的情況時(shí)，可以在重新通電后，翻開儀器、軟件，翻開之前的測試文件：“東門橋靜載實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)”，選擇“控制|導(dǎo)入平衡結(jié)果”，導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)剛開始時(shí)導(dǎo)出的平衡結(jié)果，然后選擇“文件|繼續(xù)測試”，這時(shí)，軟件中的采樣鍵由灰色變成綠色，表示可以在原來的工程的根底上繼續(xù)測試了，注意這時(shí)千萬不要再點(diǎn)“平衡”鍵。在采樣控制欄中選擇采樣模式：“單次采樣”或“定時(shí)采樣”，以“單次采樣”為例，先將“采樣狀態(tài)”欄中的文字寫為“初始讀數(shù)”〔起名僅供參考，可靈活輸入狀態(tài)名〕，先測試一下橋面上空載時(shí)的讀數(shù)值；然后在“采樣狀態(tài)”中輸入“工況一第1次加載”，待實(shí)驗(yàn)用車落位完畢后等待10分鐘以上〔等待時(shí)間視具體情況而定，如果實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排緊湊，可縮短至5分鐘以上〕，點(diǎn)擊“采樣”鍵采樣〔千萬不要點(diǎn)“平衡”鍵〕，然后，依次“工況一第2次加載”、“工況一第3次加載”、“工況一第1次卸載”、“工況一第2次卸載”……“工況二第1次加載”……直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。(工況有滿載\中載\偏載)另外，在采樣之前，對(duì)通道參數(shù)欄中的一些參數(shù)要進(jìn)行合理設(shè)置，如：“橋路類型”應(yīng)選擇“方式1”，另外根據(jù)實(shí)際情況輸入“應(yīng)變計(jì)電阻”、“導(dǎo)線電阻”、“靈敏度系數(shù)”，如果采用的導(dǎo)線為雙芯線，那么應(yīng)輸入兩根線的電阻。建議在實(shí)驗(yàn)過程中養(yǎng)成經(jīng)常性備份數(shù)據(jù)的良好習(xí)慣，以防止數(shù)據(jù)意外喪失。動(dòng)載實(shí)驗(yàn)靜載看應(yīng)變穩(wěn)定性,動(dòng)載除看時(shí)域曲線外,還可能會(huì)看頻域曲線橋梁動(dòng)載實(shí)驗(yàn)通常包括跑車、跳車、剎車。有關(guān)跑車、跳車、剎車實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作、具體細(xì)節(jié)等請(qǐng)參考有關(guān)橋梁實(shí)驗(yàn)方面的書籍，本文中僅介紹本公司的動(dòng)態(tài)測試儀器〔例如DH5920，其它動(dòng)態(tài)儀器的軟、硬件操作方法與5920根本相同〕在橋梁動(dòng)載實(shí)驗(yàn)中軟件、硬件的詳細(xì)操作方法。跑車、跳車、剎車的實(shí)驗(yàn)在硬件準(zhǔn)備、軟件中的參數(shù)設(shè)置方面根本相同，故僅以跑車實(shí)驗(yàn)為例。通常跑車實(shí)驗(yàn)的測試方法有：方法1以半橋形式貼片，測試動(dòng)應(yīng)變方法2測試動(dòng)位移，采用應(yīng)變式頂針位移計(jì)或者電測百分表、千分表等等，通常采用應(yīng)變式頂針位移計(jì)方法3在橋面上的1/4跨、跨中、3/4跨測點(diǎn)處布置拾振器〔通常使用豎向拾振器，很少采用橫向拾振器〕，以本公司的DH610為例，通常將檔位撥至中速度檔2檔〔跳車、剎車時(shí)有時(shí)振動(dòng)量級(jí)較大，可預(yù)先模擬實(shí)驗(yàn)條件試采樣，如超過2檔最大量程，可將檔位撥至大速度檔3檔〕進(jìn)行測試動(dòng)載測試時(shí)，動(dòng)態(tài)數(shù)采軟件中的分析模式通常選為“無分析模式”，采樣頻率為200Hz或500Hz動(dòng)載實(shí)驗(yàn)時(shí)，在通道參數(shù)欄中，只需要在“通用參數(shù)”和“通道子參數(shù)”中進(jìn)行設(shè)置，而“通用參數(shù)”欄中的“測量類型”中的“測量類型”會(huì)由儀器自動(dòng)識(shí)別，只需要將接著位移計(jì)的測試通道中的“測量類型”由默認(rèn)的“應(yīng)變應(yīng)力”改成“橋式傳感器”。外接拾振器的測點(diǎn)中，將“通道子參數(shù)”欄中的“工程單位”設(shè)置成mm/s，并從傳感器的指標(biāo)上找到該傳感器的靈敏度并輸入“靈敏度”一欄，根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的量程范圍〔可預(yù)采樣觀測〕，將“輸入方式”改成“SIN-DC”，“上限頻率”設(shè)置為“100Hz”；在應(yīng)變測試通道中，將“通道子參數(shù)”欄中的“橋路類型”按實(shí)際情況選擇〔根據(jù)應(yīng)變片粘貼所屬的半橋類型，方式二、三或四〕，其它如“應(yīng)變計(jì)阻值”、“導(dǎo)線電阻”、“彈性模量”等等也應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸入，“上限頻率”設(shè)置為“100Hz”，“輸入方式”為“DIF-DC”，“抗混濾波”設(shè)置為“ON”。其它通道參數(shù)欄中的工程，如“觸發(fā)參數(shù)”、“幾何參數(shù)”、“標(biāo)定信息”不用設(shè)置。測試用線務(wù)必應(yīng)采用屏蔽線，儀器應(yīng)良好接地，開始采樣后，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常要迅速停止采樣并排查問題。測試數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)備份以防止數(shù)據(jù)意外喪失。下列圖所示為實(shí)測的動(dòng)應(yīng)變時(shí)程曲線：下列圖所示為上圖的根底上的沖擊系數(shù)計(jì)算結(jié)果：〔選擇主菜單欄中的“工程軟件|沖擊系數(shù)1+μ的計(jì)算”即可計(jì)算沖擊系數(shù)的計(jì)算，詳細(xì)的計(jì)算結(jié)果可見附錄|橋梁沖擊系數(shù)說明書〕下列圖所示為用用豎向拾振器測試得到的速度時(shí)程曲線：〔4通道信號(hào)同窗口顯示〕可將上面的曲線進(jìn)行積分〔選擇主菜單欄中的“處理|積分/微分”〕，積分成位移，從而在圖形中直接讀出最大動(dòng)位移值。模態(tài)實(shí)驗(yàn)橋梁模態(tài)實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)先做出模態(tài)測試的方案，以確定：模態(tài)測點(diǎn)數(shù)，參考點(diǎn)位置，以及測橋面的一邊或是兩邊都測，如果對(duì)于模態(tài)測試結(jié)果只要求低階的彎曲模態(tài)，不要求高階的扭轉(zhuǎn)模態(tài)，測橋面的一邊即可，如果要求做出高階的扭轉(zhuǎn)模態(tài)，那么必須在橋面的兩邊都布置測試點(diǎn)。除了測試橋梁的豎向模態(tài)，根據(jù)客戶需要，也可以用橫向拾振器測試橋梁的橫向模態(tài)，橫向模態(tài)的測試只需要在一邊測試。大多數(shù)的橋梁模態(tài)測試以豎向模態(tài)為主。橋梁模態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)，不管是用豎向拾振器做豎向模態(tài)，或是用橫向拾振器做橫向模態(tài)，將拾振器的檔位設(shè)置為小速度檔“1”檔，或是中速度檔“2”檔，一般建議設(shè)置為小速度檔“由于橋梁屬于大型工程結(jié)構(gòu)，固有頻率一般較低，尤其是特大型橋梁，如本公司參與測試的潤揚(yáng)長江大橋的前十階的豎向|扭轉(zhuǎn)固有頻率都小于1Hz，中小型橋梁的前面三、四階的固有頻率〔橋梁模態(tài)實(shí)驗(yàn)所關(guān)注的主要是前三、四階固有頻率〕一般都在20Hz以下，所以模態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)的采樣頻率一般建議不用太大，100Hz或者200Hz即可，對(duì)于某些大型、特大型橋梁，選取50Hz的采樣頻率也已足夠。數(shù)采軟件的模式：頻率分析模式〔主菜單欄中的“分析|頻譜分析模式〕測試前先在硬盤中建一個(gè)總的文件夾：例如在D盤中，命名為“**橋模態(tài)原始數(shù)據(jù)匯總”，然后在其中建子文件夾“**橋模態(tài)豎向原始數(shù)據(jù)匯總”，以及“**橋模態(tài)橫向原始數(shù)據(jù)匯總”〔看客戶是否要求做橫向模態(tài)而定〕，本文中僅以豎向模態(tài)為例，表達(dá)橋梁模態(tài)實(shí)驗(yàn)過程。假設(shè)某實(shí)驗(yàn)橋梁為簡支梁橋，橋長28米，寬5米，實(shí)驗(yàn)方案中，建議在順橋向方向上把橋8等分，每段長3.5米，在橋面兩邊都布置測點(diǎn)。測點(diǎn)布置如下：左、右共四個(gè)點(diǎn)為支座，實(shí)際振動(dòng)量級(jí)幾乎為零，所以在測試時(shí)可以不布置測點(diǎn)。建議選跨中偏一點(diǎn)的位置作為模態(tài)測試的參考點(diǎn)〔當(dāng)然并不是說只能選這個(gè)位置，建議僅供參考〕。在本例中選取的模態(tài)測試參考點(diǎn)是3號(hào)點(diǎn)，當(dāng)然，選5號(hào)點(diǎn)、10號(hào)點(diǎn)、12號(hào)點(diǎn)也是可以的。假設(shè)用戶僅有6個(gè)豎向拾振器，分別為V07051、V07052、V07053、V07054、V07055、V07056，將每個(gè)拾振器都撥至1檔，從每個(gè)拾振器的指標(biāo)中找到各自的1檔靈敏度，記錄在案，假設(shè)將V07051放置在參考點(diǎn)處，對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳輸線〔Q9線〕可以用膠帶貼上用筆做上記號(hào)，假設(shè)作1號(hào)線，同時(shí)該Q9線接入儀器上的1-1通道，其余通道、線號(hào)、拾振器編號(hào)、橋面上測點(diǎn)、采樣批次等相互之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見下：〔由于拾振器數(shù)量少于測點(diǎn)數(shù)，所以要分批次做，在實(shí)驗(yàn)過程中，測每一個(gè)批次的數(shù)據(jù)時(shí)，參考點(diǎn)的位置始終不動(dòng)〕第一批次：拾振器編號(hào)1檔靈敏度〔V/m/s〕線號(hào)通道號(hào)橋面測點(diǎn)采樣批次V0705116.42611-131V0705222.299521-211V0705322.51531-321V0705415.791541-441V0705518.342351-551V0705619.204161-661第二批次：拾振器編號(hào)1檔靈敏度〔V/m/s〕線號(hào)通道號(hào)橋面測點(diǎn)采樣批次V0705116.42611-132V0705222.299521-272V0705322.51531-382V0705415.791541-492V0705518.342351-5102V0705619.204161-6112第三批次：拾振器編號(hào)1檔靈敏度〔V/m/s〕線號(hào)通道號(hào)橋面測點(diǎn)采樣批次V0705116.42611-133V0705222.299521-2123V0705322.51531-3133V0705415.791541-4143首先，在“**橋模態(tài)豎向原始數(shù)據(jù)匯總”中新建文件“第一批次數(shù)據(jù)”。在文件“第一批次數(shù)據(jù)”中：運(yùn)行參數(shù)欄參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)欄參數(shù)設(shè)置在“第一批次數(shù)據(jù)”中，采樣批次設(shè)置為“1”通道參數(shù)欄參數(shù)設(shè)置通道參數(shù)欄幾何參數(shù)欄通道子參數(shù)欄在圖形顯示窗口開1-1—1-6通道的時(shí)間信號(hào)窗口以及對(duì)應(yīng)的平均譜窗口測試所得時(shí)域數(shù)據(jù)截圖：〔4通道信號(hào)同窗口顯示〕測試所得頻域數(shù)據(jù)截圖〔平均譜，4通道信號(hào)同窗口顯示〕：一般建議連續(xù)采樣時(shí)間30分鐘，在采樣過程中條件允許的情況下應(yīng)保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場封車?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不正常時(shí)〔正常信號(hào)如下列圖〕，應(yīng)及時(shí)停止采樣并排查問題，問題可能是由于：軟件中參數(shù)設(shè)置問題干擾信號(hào)較大，尤其是50Hz工頻干擾，這時(shí)應(yīng)檢查是否已經(jīng)良好接地信號(hào)傳輸導(dǎo)線損壞〔不要踩踏實(shí)驗(yàn)用線，尤其禁止車輛壓過〕拾振器損壞儀器通道損壞儀器、拾振器等屬于精密測試儀器，應(yīng)注意保護(hù)，尤其是在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場〔儀器處于通電狀態(tài)，拾振器和儀器已連接，當(dāng)確定是上述3、4、5的問題之一但是不確定具體是哪一個(gè)問題時(shí)，可將有問題的通道〔例如1-5〕上的拾振器拆下先接到一個(gè)工作正常的通道〔例如1-2通道〕上，如果正常，說明是1-5通道上的導(dǎo)線或者是通道本身有問題，可用類似的方法〔換一根使用正常的導(dǎo)線〕進(jìn)一步排查是導(dǎo)線的問題還是通道本身的問題；如果不正常，說明是拾振器的問題。當(dāng)發(fā)現(xiàn)具體損壞部件時(shí)，應(yīng)立即更換，如果拾振器、導(dǎo)線、測試通道有限而不能更換，那么不使用有問題的拾振器|導(dǎo)線|通道，臨時(shí)改變一下方案，在下一個(gè)測試批次中將這一批次中少測的這個(gè)點(diǎn)〔或幾個(gè)點(diǎn)〕補(bǔ)上。其次，在“**橋模態(tài)豎向原始數(shù)據(jù)匯總”中新建文件“第二批次數(shù)據(jù)”。在文件“第二批次數(shù)據(jù)”中：運(yùn)行參數(shù)欄參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)欄參數(shù)設(shè)置和“第一批次數(shù)據(jù)”中的設(shè)置根本相同，唯一不同的是，在“第二批次數(shù)據(jù)”中，采樣批次設(shè)置為“2”通道參數(shù)欄參數(shù)設(shè)置通道參數(shù)欄、通道子參數(shù)欄的設(shè)置和“第一批次數(shù)據(jù)”中的設(shè)置完全相同幾何參數(shù)欄：最后，在“**橋模態(tài)豎向原始數(shù)據(jù)匯總”中新建文件“第三批次數(shù)據(jù)”。在文件“第三批次數(shù)據(jù)”中：運(yùn)行參數(shù)欄參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)欄參數(shù)設(shè)置和“第一批次數(shù)據(jù)”中的設(shè)置根本相同，唯一不同的是，在“第三批次數(shù)據(jù)”中，采樣批次設(shè)置為“3通道參數(shù)欄參數(shù)設(shè)置通道參數(shù)欄、通道子參數(shù)欄的設(shè)置和“第一批次數(shù)據(jù)”中的設(shè)置完全相同幾何參數(shù)欄：測試數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)備份以防止數(shù)據(jù)意外喪失。關(guān)于橋梁模態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的后處理步驟、方法等可參考本公司模態(tài)專業(yè)軟件DHMA中的說明書以及幫助文件中關(guān)于“不測力法”模塊的說明。附錄：橋梁沖擊系數(shù)說明書沖擊系數(shù)說明書1、沖擊系數(shù)原理在橋梁實(shí)驗(yàn)中，可根據(jù)動(dòng)力沖擊系數(shù)的實(shí)測值來評(píng)價(jià)橋梁結(jié)構(gòu)的行車性能，實(shí)測沖擊系數(shù)大那么說明橋梁結(jié)構(gòu)的行車性能差，橋面的平整程度不良，反之亦然。橋梁動(dòng)載實(shí)驗(yàn)中，動(dòng)力荷載作用與橋梁結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的動(dòng)撓度或動(dòng)應(yīng)變，一般較同樣的靜荷載所產(chǎn)生的相應(yīng)的靜撓度〔靜應(yīng)變〕要大。以動(dòng)撓度為例，動(dòng)撓度與相應(yīng)的靜撓度的比值稱為活荷載的沖擊系數(shù)〔1+μ〕。由于撓度反映了橋梁結(jié)構(gòu)的整體變形，是衡量結(jié)構(gòu)剛度的主要指標(biāo)，因此活載沖擊系數(shù)綜合反映了動(dòng)力荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用?；钶d沖擊系數(shù)與橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、車輛行駛速度、橋梁的平整度等因素有關(guān)。為了測定橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊系數(shù)，應(yīng)使車輛以不同的速度駛過橋梁，逐次記錄跨中截面的撓度時(shí)程曲線，按照沖擊系數(shù)的定義有：式中：----動(dòng)載作用下