No1.2007 试验技术与试验机 Marc}L 2007 三跨连续箱梁桥的模态试验研究 张 颖 (吉林石油集团公司勘察设计院,吉林松原138000) 摘要:由于测量导线长度和加速度传感器数量的限制,本文用有效独立法对测点进行了优化和选择。选取其中 的两个测点作为固定点,用分段、分批测量的方法对某三跨预应力钢筋混凝土连续箱梁桥在环境随机激励的条件 下进行了振动测试,并且基于测点间的传递率对此桥进行了模态参数识别。 关键词:环境随机激励;振动测试;模态参数识别 中图分类号:U441 文献标识码:A Research of Continuous Box Girder Bridge with Three-span for Mode Test Chang Ying (CNPC Jilin Perroleum,Investigation Design Institute,Jinlin Songyuan 138000) Abstract:Due to the restriction of transmission line length and the acceleration sensor quantities, the paper makes use of the effective independent method to optimize and select the test points. The two test points are selected as fixed points,and then the group and section test method is used to carry out the vibration test on some prestressed steel concrete continuous box girder with three-span encouraged by environment.Besides,based on the transmission rate,the mode pa- rameter of the bridge identification is carried out. Keywords:environment random encourage vibration test ̄mode parameter identification 梁产生自由振动;这两种方法需要封闭交通、实桥上 1 引言 难以实现或会导致损伤。第三种是在天然环境激励 下测量桥梁的动力特性,具有简便、可行、不中断交 现代大型桥梁的结构特点是大、轻、柔,对风和 通等特点,已经越来越受到人们的重视。 地震的作用极为敏感,因此进行桥梁的抗风、抗震分 析已经成为大型桥梁设计中一项重要工作。纯粹通 2试验模型、试验过程和试验结果 过理论建立结构的动力学模型来获得结构的动力特 性已经无法满足结构的抗风、抗震的要求,需要通过 2.1试验模型 实测来校正理论模型,从而完善结构的动力学模型。 振动测试的对象为三跨等高度预应力钢筋混凝 通过模态试验来识别桥梁结构的固有模态是到目前 土现浇连续箱梁桥,跨径布置为3O.O0+38.21+ 为止,最为可靠的方法。 3O.O0 m,桥面宽度为净9.OOm+2×1.50 m,由单 桥梁振动测试主要有[1]:强迫振动测试、自由振 箱双室箱梁构成,箱宽12.OOm,梁高2.O0 m,跨越 动测试和脉动测试。其中第一种是由人工落重或激 铁路,与铁路交角为45。,西北侧部分梁段47.84 m 振装置进行激励,第二种是突然释放桥上吊重,使桥 位于缓和曲线段。桥型一般布置见图1。 [收稿日期]2007—03—06 [作者简介]张颖(1974一),女,主要研究方向,道路桥梁工程 维普资讯 http://www.cqvip.com
No1.2007 张颖,等:三跨连续箱梁桥的模态试验研究 15 2 图1桥型一般布置图 单位:咖 2.2试验仪器与试验方法 大小和工程实际,选取其中的15个节点作为测点, 对三跨预应力钢筋混凝土连续箱梁桥进行测点 测点总体布置见图3和表1。 的选取,在环境随机激励下,采用分段和分批测量的 表1测点位置 方法采集测点的加速度响应。依据测点的加速度响 分段距离(m) 测点号 分段距离(m) 测点号 应,基于传递率对全桥进行固有频率、阻尼比和振型 0.795 1 54 9 的识别。 8 2 59 10 (1)试验仪器 15 3 68.21 11 使用东华振动测试DH5938加速度采集仪一 台,采样速率为每通道1O、2O、50、100、200、500、1 22 4 76.21 12 k、2 k、5 k、10 k、20 k(Hz)分档切换。采样速率准确 30 5 83.21 13 度为所选采样速率的0.05 ,测量值的不确定度为 38 6 9O.21 14 不大于所选满度值的1%;压电式加速度传感器,加 45 7 97.415 15 速度传感器的灵敏度分别为296.8 Pc/ms_ 、300.7 49.105 8 Pc/ms_。、203.3 Pc/ms_。,频率范围0.1:30 Hz,最 大测量加速度2×10 ms_。,横向灵敏度<5O 。 (3)激振与数据采集 (2)试验方法 本次试验的激励方式为对三跨连续梁施加环境 首先用有限元软件MIDAS建立三跨预应力钢 随机激励,并且不采集激励信号。设定采样频率为 筋混凝土连续箱梁桥的计算模型,共有107个单元, 200HZ,采用连续记录的方式进行测点的数据采集。 108个节点,MIDAS有限元模型见图2。 本次桥梁振动测试分两段单独进行,每一单独 用有限元方法计算出三跨预应力钢筋混凝土连 段选用一个固定测点。第一单独段的测点为1到8 续箱梁桥以质量为正则化的前三阶振型,基于有限 号测点,并且选用测点3为固定测点;第二单独段的 元方法计算出的振型,用有效独立法[2]在108个节 测点为7到15号测点,并且选用测点13为固定测 点中选取测点,依据各个节点对前三阶模态的贡献 点。数据采集过程如表2所示。 图2 MIDAS有限元模型图 图3测点纵向布置图 维普资讯 http://www.cqvip.com
16 表2数据采集过程 试验技术与试验机 Marc}L 2007 固有频率的平均值作为最终选定的固有频率值。各 测点的互功率谱叠加数据见图4。 分段号 测量 测点 传感器 分段号 测量 测点 传感器 批次 编号 编号 3 1 1 2 3 1 1 4 5 3 3 6 7 3 4 批次 编号 编号 13 1 7 8 13 2 2 9 1O 13 3 11 12 13 4 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 1 2 J 3 卜 1 2 } :l 1 . 3 1 心 图4测点的互功率谱叠加图 2 3 1 2 由图4可知,三跨连续箱梁桥实测的前三阶频 率为3.68Hz、5.79Hz和6.93Hz。 (2)阻尼比识别 用半功率带宽法来识别系统的阻尼比,并取各 8 14 2.3连续箱梁桥的模态参数识别 测点阻尼比的平均值为最终阻尼比,所以确定一阶 模态的阻尼比为2.43 ,二阶模态的阻尼比为3. 59 ,三阶模态的阻尼比为6.28 。 (3)振型识别 用采集的测点加速度响应,基于传递率对三跨 预应力钢筋混凝土连续箱梁进行固有频率、阻尼比 和振型的识别。 (1)固有频率识别 把各测点的响应数据进行快速傅里叶变换 (FFT),可以得到各测点的频谱图,进一步可以得到 各测点的自功率谱。把各测点的自功率谱比固定点 由于传递率函数在共振频率附近为无峰的平坦 区,因此需要至少借助一个响应信号的自功率谱函 数或互功率谱函数来确定共振频率(系统的固有频 率)。将采集到的加速度响应数据导入到模态分析 软件中,对所有响应数据进行傅里叶变换,计算各测 点的互功率谱函数,利用各测点的互功率谱来确定 三跨连续箱梁桥前三阶固有频率,取各测点前三阶 1.00 0.80 0.60 的自功率普便可以得到各测点对固定点的传递率, 进而基于传递率识别桥梁的振型。由于此桥分成两 个单独段进行分别测量,选用了两个固定测点,所以 用模态归总的方法[。]对全桥的振型进行归总,归总 后的前两阶竖向振型如图5、6所示。 040 020 鞲 -—0-00 0-20 040 .... : 4。\...一 5。6。。 : /’“ 。——0.60 0.80 1-00 —分段距离(m) ——计算渣 …:Ic…试验值 图5一阶振型比较 维普资讯 http://www.cqvip.com
张颖,等:三跨连续箱梁桥的模态试验研究 17 1-oO O.8O O.6O O4O j型 O-2O 剥0.00 ..。一 .一020 一O4O 卜、 4。~一。8。9。1I. -0.6O —O.8O 一1-oO ——计算值+试验值 图6二阶振型比较 2.4模态参数验证 (1)固有频率的验证 把实测的固有频率和有限元计算得出的频率进行比较,比较结果列于表3中。 表3固有频率的比较 从表4.3中可以看出,试验值与计算值的最大 则化的,所以把试验所得的振型变换为以质量进行 相对误差为0.69 ,这表明三跨连续箱梁桥的前三 正则化的振型I- 。振型经过变换后可以利用振型的 阶固有频率的试验值是可信的。 正交化特性把试验和有限元计算结果进行比较,验 (2)振型的验证 证结果见表4。 由于试验所得的振型是以取最大数为1进行正 表4振型验证表 从表4中,可以看出二阶振型的精度要比一阶 由上述结论可以看出,本文提出的对大跨径桥梁测 振型的精度稍差,但由模态试验得出的一阶和二阶 点的选取方法、分段和分批测量方法、模态的归总方 振型都可以接受。 法和基于传递率的模态参数识别的方法是有效、可 行的。 3分析与结论 参考文献 本章基于传递率的方法,对三跨预应力钢筋混 凝土连续箱梁桥进行了模态参数的识别,识别桥梁 I 1 I Harris C M,Crede C E.Shock and Vibration Hand— 的前三阶固有频率和前两阶竖向振型。对识别出的 book(4 Edition)[M1.McGraw—Hill。1996 固有频率和振型进行了验证,取得了较高的精度,并 [2]Daniel C Kammer.Sensor placement for on-orbit mo— 得出以下结论: dal identification and correlation of large space struc— (1)基于传递率方法得出的前三阶固有频率和 tures[J].Vo1.14,No.2,march-april 1991。 计算值的最大相对误差为0.69%,这证明用此方法 [3]詹胜等.大型建筑物环境振动模态分析的归总方法.暨 识别桥梁的固有频率是可行的; 南大学学报(自然科学版)1999,20(1)28--33。 [4]陈塑寰.结构动态设计的矩阵摄动理论.科学出版社, (2)实测的前两阶竖向振型精度较高,这证明模 1992年2月 态识别方法的正确性。
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容
怀疑对方AI换脸可以让对方摁鼻子 真人摁下去鼻子会变形
女子野生动物园下车狼悄悄靠近 后车司机按喇叭提醒
睡前玩8分钟手机身体兴奋1小时 还可能让你“变丑”
惊蛰为啥吃梨?倒春寒来不来就看惊蛰
男子高速犯困开智能驾驶出事故 60万刚买的奔驰严重损毁