脉动测试与模态分析在桥梁检测中的研究与应用

桥梁结构的动力特性是结构抗震、抗风以及进行在线健康监测的基础.介绍桥梁动力特性测试中的脉动测试法以及结果分析中的模态分析法,并结合某斜拉桥的模态试验及结果,分析验证了脉动测试法、模态分析法的有效性,同时为该大桥的进一步研究提供了依据.     

整体式桥台桥梁的动力试验研究

研究了上坂大桥(中国最长的采用整体式桥台的无伸缩缝桥梁,简称为整体式桥台桥梁)在天然脉动荷载作用下的自振特性,得到关于该类桥梁自振特性的结论;采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型,计算该桥的自振特性,并与实测结果进行比较,结果表明:有限元模型具有较好的可靠性;实桥试验还测试了无障碍行车试验和跳车试验作用下桥梁的强迫振动特性,结果表明:该类桥梁的冲击系数值较大,而现行技术规范的取值值得商榷;此外该类桥梁具有较强的耗能能力,抗震性能较好。研究结果有助于对该类桥梁动力特性的认识和进一步开展无伸缩缝桥梁的抗震性能研究。     

利用车辆随机激励检测大型桥梁动力特性的研究

从激励信号特征分析和振动相关性的角度对利用"车辆随机激励"检测大型桥梁动力特性的可行性进行了分析研究。从原理上证明了该方法的理论可行性,并通过实际桥梁的振动试验测试(功率谱和相干函数),证实了该方法的实践可行性。该方法可以在不中断交通的情况下对大型桥梁结构的振动模态进行测试,对于运营桥梁的破损诊断和耐久性评估具有重要意义。     

大跨斜拉桥动力特性试验与分析

对常德市沅水四桥主桥采用无线传感器进行动测点布设,进行了现场动力特性试验(包含脉动试验、跑车试验、刹车试验),其中脉动试验依据荷载试验相关规范要求,采集了主桥共九阶模态频率及其相应的振型,通过跑车和刹车试验获取了本桥不同工况下的冲击系数,结合大型有限元计算软件midas模型分析结果,对沅水四桥进行了动力特性分析,将计算结果和试验结果进行了比较,发现包括横向及竖向振型的九阶模态结果基本吻合,试验冲击系数均小于理论值,表明了准确的有限元计算模型结合现场动力试验,可有效评价桥梁的动力特性。     

节段模型气动导纳的数值模拟与试验

为了对桥梁风工程中广泛使用的气动导纳进行精细化研究,针对桥梁风工程中由于沿用了经典的薄机翼气动力理论,认为气动导纳仅是量纲一折算频率的函数而与风场特性无关这个问题,首先简要回顾了二维薄机翼非定常气动力理论的基本假定,指出对于钝体桥梁断面,这些基本前提条件不再成立,因此也不存在独立于风场特性的气动导纳函数。在这一理论观点的指导下,利用节段模型风洞测压试验,在3种非均匀布置的格栅湍流场中测量了平板断面和高宽比为1∶4矩形断面的脉动升力,并识别出各自的气动导纳函数。通过比较不同风场下识别的气动导纳函数,研究了不同形式断面与风场的依赖性。然后利用CFD数值模拟,通过改变入口边界条件,在3类湍流场中对结果进行了进一步的验证。试验及数值结果表明：平板断面的气动导纳在3类风场中基本一致,表现出了流线型断面对来流特性的不敏感性,可以认为是量纲一折算频率的单一函数;相比之下,具有钝体特性的矩形断面在3类不同风场中识别的气动导纳区别十分显著,表明钝体断面的气动导纳并不能定性为断面的函数,而是由断面与来流风场特性共同确定。在桥梁风工程中,需谨慎应用源于机翼理论的气动导纳概念,试验识别气动导纳时宜考虑与实际情况相符的风场特性。     

南昌市八一大桥动载试验研究

对南昌八一大桥的动载试验进行了阐述,通过脉动试验、跳车和刹车试验、跑车试验,获取了桥梁自振频率、阻尼系数及冲击系数。所得数据与桥梁加固前数据对比,对桥梁当前动力特性进行了评价。     

南昌市八一大桥动载试验研究

对南昌八一大桥的动载试验进行了阐述,通过脉动试验、跳车和刹车试验、跑车试验,获取了桥梁自振频率、阻尼系数及冲击系数。所得数据与桥梁加固前数据对比,对桥梁当前动力特性进行了评价。     

西堠门大桥强风特性、位移和桥面压力实测研究

利用现场实测方法对西堠门大桥桥址区脉动风场特性、主梁位移以及主梁断面压力等进行研究,经对实测数据的统计分析,得到平均风速、平均攻角、紊流强度、阵风因子、紊流功率谱密度等强风特性,得到了主梁实时位移和桥梁的动力特性,并通过测压方法得到主梁断面的脉动压力值及压力谱值等.     

紊流风特性参数对近流线形桥梁表面风压分布影响

风洞试验时紊流风特性参数的模拟精度会对桥梁结构的抖振、颤振、涡振等试验结果产生影响,为了提高试验精度,分析紊流风特性参数模拟误差所带来的影响、总结桥梁结构表面风压分布受紊流风参数的影响规律,在风洞中采用格栅紊流,分别形成了紊流强度相同但积分尺度不同与积分尺度相同但紊流强度不同的几种局部紊流风场,以此来研究紊流风特性参数单独变化对桥梁结构表面风压分布规律的影响。结果表明:紊流强度增大会使桥梁表面平均风压系数绝对值减小,减小的幅度会受结构表面位置、风攻角等因素的影响。当位置或风攻角发生变化后,紊流强度增大导致平均风压系数绝对值减小的幅度也会发生变化,很难进行定量修正。大部分位置的脉动风压系数会随紊流强度增大而增大。但受栏杆、风嘴、检修车轨道等附属结构影响,这种趋势可能出现相反的变化。紊流积分尺度增大会使近流线形桥梁表面平均风荷载增大,对脉动风荷载影响很小。进行桥梁气弹模型试验时,应首先保证准确模拟紊流强度,在条件许可的情况下再准确模拟紊流积分尺度。积分尺度越小,表面压力相关系数也越小。相邻位置的脉动风压相关系数主要受特征紊流影响,与来流的积分尺度无关。     

大跨度桥梁抖振响应的直接估算方法

大跨度桥梁结构抖振响应的预测主要通过全桥气弹模型抖振响应试验和基于节段模型试验识别气动参数的理论计算2种方法。但由于试验中大气边界层湍流特性的模拟与实际存在一定的偏差,因此无法准确估计实际桥梁结构的抖振响应。为解决实际大跨度桥梁结构抖振响应预测的精度问题,在片条假设成立的条件下,通过数学推导提出了综合传递函数的概念。该函数是气动导纳函数和考虑了自激力的机械导纳函数的组合,其将湍流的脉动特性与由湍流引起的桥梁结构的抖振响应直接联系在一起,并基于此提出了一种预测大跨度桥梁抖振响应的直接计算方法。以坝陵河大跨度悬索桥为例,在两不同风场中分别进行全桥气弹模型风洞试验,通过模型抖振响应及模拟风场测量的试验结果识别两不同风场中的综合传递函数,发现二者结果几乎一致。理论及试验分析表明：对于展宽比较大的大跨度桥梁结构,综合传递函数仅与结构固有特性及参数有关,与风场特性无关;基于综合传递函数获得抖振响应的方法省略了传统分析方法中气动参数的识别及抖振力的计算,可通过测得实桥桥址处的湍流特性,利用风洞试验中识别的综合传递函数直接计算获得实桥准确的抖振响应。最后通过算例给出了综合传递函数的应用方法,为大跨度桥梁抖振响应的准确预测提供了方法,并可为节段模型试验直接预测实桥抖振响应提供思路。     

基于预紧弹簧系统的桥梁挠度冲击系数量测方法

为了提高桥梁挠度及冲击系数测试的稳定性,在传统悬锤法基础上,基于弹簧预紧效应,提出了预紧弹簧法。首先依据车-桥耦合振动理论,以简支梁桥为对象推导了车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动方程,进行了室内试验和系统数值验证;在此基础上分别建立了车辆-桥梁-悬锤系统和车辆-桥梁-预紧弹簧系统的有限元模型,利用数值解法分析了横向风荷载对悬锤法和预紧弹簧法测量主梁挠度及冲击系数的影响;根据建立的车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动系统,研究了影响该方法精度的关键性因素,并给出系统参数选型优化经验公式。最后,以一座30 m预制装配式简支箱梁桥为例,在随机车载激励下,进行支架法、悬锤法和预紧弹簧法3种方法的对比试验。研究结果表明：预紧弹簧法与传统悬锤法相比,冲击系数受风荷载影响较小;无风环境下,预紧弹簧法易受铁丝抗拉刚度、弹簧刚度和悬挂长度的影响,而与初始预紧力值无关;通过合理选用参数,预紧弹簧法能够实现主梁与系统同相位振动;工程实例表明该方法与支架法挠度冲击系数平均误差为6.1%,精度高于悬锤法测量结果,该方法也可为桥梁结构静动载大位移测试提供借鉴。     

基于动静载试验的斜拉桥初始状态研究

由于施工阶段中存在的较多不确定性，桥梁的初始成桥状态与设计成桥状态存在误差。精确掌握桥梁初始成桥状态，对于后续运维养护具有重要意义。桥梁动静载试验是测试桥梁性能的重要方法之一。以某主跨220m独塔斜拉桥为例，结合动静载试验的方法，测定了该桥的自振特性，在特定荷载下的动静挠度，应变等参数，并与有限元模型理论值进行比较。结果表明，该桥结构刚度，动力特性均满足设计要求，具有较好的初始成桥状态     

土石混填路堤强夯加固范围研究

基于常(德)吉(首)高速公路湘西段土石混填路堤强夯加固的大型现场动应力测试的试验成果,通过分析影响强夯加固范围的锤重和落距(夯击能)、夯锤面积、夯击次数、土体类型、干重度、含水量等各种因素,采用量纲分析结合选取修正系数的方法推导出了土石混填路堤强夯加固深度的计算公式;并根据泊松比的定义,建立了强夯加固范围的计算公式.最后通过与已有研究资料和工程实测有效加固深度的对比验算,表明该公式的计算结果与实测结果较吻合.     

独塔斜拉桥结构动力特性分析与冲击系数测试

在简要介绍国外桥梁设计规范对公路桥梁冲击系数计算方法的规定的基础上,以跨径为90 m的独塔双索面双跨预应力混凝土斜拉桥为工程依托,进行了该桥结构的动力特性的分析与冲击系数的实测,并对该桥的冲击系数与采用国外公路桥梁冲击系数计算公式所得结果进行了对比。结果显示：按现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）所计算的桥梁汽车冲击系数与本试验实测基本吻合,而国外桥梁设计规范计算得到的冲击系数则偏大。建议针对运营若干年后的桥梁进行冲击系数的试验研究,以为今后规范的修订奠定基础。     

柱锤冲扩桩法在湿陷性黄土中复合地基承载力计算研究

基于目前国内外理论计算方法及其存在的问题,结合湿陷性黄土的特点,对柱锤冲扩桩法的加固机制进行进一步的分析。首先运用弹塑性力学和圆孔扩张理论,对柱锤冲扩桩法复合地基承载力进行推导;然后结合具体现场工程实例,采用静载荷试验测得复合地基承载力,动力触探检验加固效果和加固深度; 最后将推导结果与规范、实测数据进行对比,证明该公式的计算结果与静载荷试验的实测值较为接近,地基承载力和加固深度能够满足设计要求。     

多点激励下地震动输入模式探讨及有限元软件实现方法研究

进行大跨度结构的地震响应分析时,需要考虑地震动多点非一致激励的影响。基于动力学平衡方程,进一步推导多点激励地震响应分析的位移输入模型和加速度输入模型。进一步提出3种能适用于现有通用有限元软件的多点地震动输入模型的实现方法——大质量法、大刚度法及直接位移法,并细致阐明各种方法的计算原理。最后,以某主跨为850m的悬索桥为工程背景,基于SAP2000软件平台,分别采用不同方法进行多点激励地震响应分析,并简单分析大跨悬索桥在多点地震响应下的响应规律。     

桥面不平顺对下承式系杆拱桥振动影响的试验和模拟研究

为了获得下承式系杆拱桥的汽车荷载冲击系数,在桥面间隔布置橡胶减速条带以形成周期性的不平顺输入,对下承式钢管混凝土系杆拱桥的动挠度进行现场实测.结合自编的车桥耦合(VBI)单元,建立车-桥耦合振动三维有限元分析模型,通过与实测结果对比验证VBI单元的正确性.在此基础上,引入另外3座标准拱桥以形成涵盖4种跨径的下承式系杆拱...     

基于车辆制动激励和小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法

近年来,因基础冲刷引发的桥毁事故频发,冲刷会造成桥梁下部结构周围土体被破坏进而导致基础承载力下降,并且由于冲刷位置隐蔽增加了识别检测的难度.为了精准识别桥梁下部结构的基础冲刷损伤,利用车辆制动作用可引起更为显著的桥梁下部结构纵桥向动力响应这一特点,提出了一种基于车辆制动作用下桥梁动力响应小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷...     

新型钢板组合梁桥车桥耦合振动控制研究

新型钢板组合梁桥自重轻,车辆质量与主梁的模态质量之比较大,在车辆活载下易发生振动.文中以某一新型钢板组合梁桥为例进行动力特性分析,研究不同质量比的液体质量双调谐阻尼器(TLMD)对结构动力响应的影响,并进行简谐激励时程分析和车桥耦合振动数值模拟,对该桥进行车桥耦合振动实测和对比.结果表明,TLMD对钢板组合梁桥具有良好...     

不同地震激励下大跨度斜拉桥的地震反应分析

考虑地震波的行波效应、部分相干效应和局部场地效应,建立了不同机制的地震激励下大跨度斜拉桥地震反应的分析方法并以正在建设的主跨1 018 m的香港某大跨度斜拉桥为例,数值仿真了大跨度斜拉桥在确定性地震波一致激励、行波激励以及随机地震动场多点激励下的地震反应。结果表明:与确定性地震波一致激励相比,在确定性地震波行波激励以及考虑空间变化的随机地震动场激励下,斜拉桥的纵向位移反应明显减小,而其主跨跨中竖向位移反应明显增大。由此得出结论:对于大跨度斜拉桥,一致地震激励不能控制其抗震设计,应考虑行波激励和随机地震动场多点激励对其地震响应的影响。