动载试验检测桥梁病害方法探索

摘　要：动载试验方法随着计算机技术的发展，在桥梁检测方面技术日益成熟，因为其快捷、方便、成本低，得到桥梁检测单位及养护部门的认可，其应用越来越广泛，已成为桥梁检测的一种重要方法，也是当前桥梁检测研究的重要方向。

关键词：桥梁动载试验 损伤检测

　　随着经济的快速发展，公路运输朝着多、重、快的方向发展，对桥梁的要求也越来越高，为确保桥梁的安全可靠，在桥梁通车前及运营过程中要经常进行结构性检测。检测方法主要有静载试验及动载试验，静载试验虽然较为可靠，但费时，费力，需要长时间封闭交通，对公路运输影响很大，已不能满足当前的社会发展需要，采用更加方便、快捷的检测方法，因此动载试验越来越显的重要。
动载试验的发展
　　近二十年来，随着计算机和自动化技术的快速发展，振动测试技术得到了极大的进展，一方面表现为风洞试验、模拟地震振动台试验、拟动力试验得到了广泛的应用；另一方面表现为工程结构在地震荷载、风荷载、车辆荷载作用下动力反映的的现场测试手段也得到了很大的改进。
动载试验的方法
　　动载试验的测试仪器主要包括高灵敏度的传感器、放大器、数字信号处理器及谱分析软件等。
　　测试方法主要有：1.脉动试验，当桥面上无车辆荷载及其它周期性荷载干预时，在风荷载、地面脉动等环境因素的作用下，桥梁所受的激励是平稳的各态历经宽带随机激励。结构响应的主谱量，是在其固有频率附近的振动，从而通过脉动试验可以测出桥梁的固有频率；2.跑车试验，桥面上跑车试验主要是测试试验汽车在桥面上通过时，桥梁结构的强迫振动响应，以及车辆通过后振动信号衰减情况；3.跳车试验，跳车试验要测试车辆跨过15cm高跳板后制动，测量此时桥跨结构在附加汽车质量情况下的衰减振动，确定桥梁的冲击系数，用以分析桥梁结构的振动性质。
动载试验数据分析
　　动载试验测试结果分析主要从以下几个方面，1.固有频率，桥梁的竖向和横向各阶自振频率可以直接通过测试系统上的频谱图的峰值读取，将实测值与理论值进行对比，可以评估桥梁的刚度特性；2.阻尼比，由脉动试验数据，结合各自识别方法，可以计算结构振动各阶模态的阻尼比；3.冲击系数，通过动载试验测试桥梁结构的冲击系数是目前获取冲击效应的唯一可靠的方法。根据跑车试验测得的中跨跨中的竖向振幅和以中跨跨中的静挠度，计算出桥梁的冲击系数。4.振型，振型的测得一般采用自然脉动法，即将若干传感器安装在桥梁的各有关部位，在没有车辆荷载及其它周期性荷载作用时，采集一段时间内的响应信号，通过比较各测点的振幅和相位绘制振型曲线。
实际测试
　　模态试验采用的是DH5922高速动态信号测试分析系统，信号拾取采用磁电式速度传感器；根据本次测试需要及现场情况，我们对上、下游幅分别进行测试分析，在上、下游分别布置7个传感器，如图7-1所示，采集时间间隔均为10分钟。

　　图1 测点布置图
　　对实测数据进行模态分析，分别得到桥梁上行幅和下行幅的频率、阻尼比及振型。
　　以桥的上行幅测试为例：
　　实测频率及阻尼比、振型数据如下：
　　表1 上行幅实测频率及阻尼比

阶次	频率	阻尼比
1	1.96	3.22%
2	3.62	2.82%
3	4.69	4.53%

　　      表2 模态分析前三阶频率

模态号	频率		周期 (sec)	容许误差
	(rad/sec)	(cycle/sec)
1	11.044464	1.757781	0.568899	3.4950e-016
2	20.049597	3.190992	0.313382	8.4844e-016
3	27.235107	4.334602	0.230702	9.1961e-016

　　通过比较发现，理论计算值与本次实测值出入较大，分析实桥测得振幅值可以看到，1号测点即北桥台位置振幅基本没变化且幅值较小(0.01)，根据伸缩缝及支座的24h跟踪检测，北侧桥台支座可能已丧失部分或全部工作性能。根据上述情况，假定北侧桥台支座丧失工作性能，通过计算得到桥梁的自振频率如下：
　　　　　　　　　　　表3 假定支座丧失性能的模态分析前五阶频率

模态号	频率		周期(sec)	容许误差
	(rad/sec)	(cycle/sec)
1	12.053768	1.918417	0.521263	9.7808e-016
2	23.346277	3.715675	0.269130	8.3432e-016
3	29.588211	4.709110	0.212354	3.8958e-016

　　检测所得的桥梁结构基频 1.96Hz，理论计算结构基频为 1.76Hz，阻尼分别为3.22%和2.39%，说明桥梁整体刚度较好，模态分析振型曲线与实测结果相符合。由此可见，动载试验针对桥梁的损伤检测方法是可行的。
结论
　　动载试验能够得到结构的模态参数和振动特性，结果在许多领域都有广泛应用，桥梁检测运用动载方法是未来发展的趋势。随着科学技术的不断发展，动载方法将不断得到完善，发挥最大的经济和社会效益。
参考文献
刘习军，《工程振动与测试技术》，天津出版社，1999年
邢世建，《道路与桥梁工程试验检测技术》，重庆大学出版社，2005年

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