桥梁自振特性测试与分析方法的探讨

【摘 要】桥梁自振特性是反映结构整体工作性能的综合性指标，是桥梁结构动力分析的基础，是评价桥梁动力性能的重要依据。本文以连续刚构桥为实例，利用MIDAS软件，建立有限元模型进行模态分析，与现场试验所得的自振特性参数相比较，对同类桥梁自振特性测试有一定的借鉴作用。

【关键词】自振特性；模态；自振频率 前言

桥梁自振特性已成为近年来桥梁检测行业广泛研究的一个重点问题。通过试验测得自振频率与理论计算值的比值来分析桥梁结构刚度的储备，随着有限元理论及计算机技术的发展和广泛应用，桥梁自振特性问题的相关理论也发展的日趋成熟。桥梁结构的自振特性仅与结构自身所固有的性质相关，而与外荷载无关，通过对桥梁结构自振参数的测定，为进一步桥梁检测与健康评定提供重要支撑。本文从自振特性参数的试验测试值与理论计算值的差异比较，评价桥梁结构的自振特性。 1 工程概况

该桥主桥为60m+100m+60mm三跨连续刚构桥，为单箱单室变截面预应力混凝土箱梁，箱梁顶宽10.0m，箱梁底宽6.0m。横向布置为：2×0.50m（防撞栏杆）+2×1.20m（人行道）+7.50m（车行道）。连续刚构中支点箱梁高度5.8m，跨中及端支点箱梁高度2.5m，梁高及底板厚度变化均采用半立方抛物线方程，桥面设置了2%的双向横坡。箱梁采用C50混凝土浇筑，桥墩墩身混凝土为C40。本桥设计荷载为公路-II级。

试验桥跨自振特性测试截面位置为主桥中跨跨中及中跨L/4截面。 2 有限元计算

采用有限元分析软件MIDAS建立模型，运用子空间迭代法对桥梁进行模态分析，本桥前三阶竖向弯曲自振频率和振型见图2.1。 图2.1.3 三阶竖向弯曲振型（f3=3.099Hz） 3 自振特性试验

自振特性试验采用高灵敏、超低频测振传感器采集信号，由动态信号采集分析仪进行信号记录，通过时域波形分析、数字滤波、频谱分析等方法识别结构的自振频率。 桥梁结构自振特性测定试验采用以下方法进行激励： 3.1 跳车激励

在预定位置采用跳车激振，即车轮越过带有坡面的三角横木，利用加载车后轮从三角木落下的冲击力对结构进行激励。 3.2 跑车余振

车辆在桥梁上运行时，结构产生受迫振动，车辆驶离桥面后，桥梁上无外荷载作用，强迫振动即变成自由振动，通过测试和分析余振信号识别结构自振特性利。 3.3脉动激励

在桥面无任何交通荷载以及桥梁附近无其它振源的情况下，测定桥梁由风荷载、地脉动等随机激励而引起的微幅振动响应，通过FFT分析识别结构自振频率。

通过跳车、跑车余振、脉动试验，用高灵敏加速度计拾取结构自振信号，通过分析计算识别桥梁结构的自振特性参数。实测结构自振频谱图见图3.1，实测自振时域信号见图3.2。 4 结论

（1）桥梁前两阶竖向弯曲自振频率实测值分别为1.917Hz、3.224Hz，与计算自振频率的比值分别为1.09、1.16，实测频率大于理论计算值，说明该桥梁结构实际刚度大于计算刚度。

（2）第一阶竖向振型的阻尼比为0.0041，属于小阻尼振动。

（3）桥梁荷载试验为新桥竣工验收和旧桥运营时进行承载力评定提供参考依据，动载试验通过分析桥梁的动力特性参数进行桥梁承载能力评定。本文采用结构分析软件MIDAS 建立有限元模型，计算结构动力特性参数，结合动力试验结果依据有关规定表明，该桥的自振特性正常。 参考文献：

[1]沈兆坤．桥梁结构自振特性测试分析方法研究［D］．重庆：重庆交通大学硕士学位论文，2014． 作者简介：

沈兆坤（1989-），男，硕士，助理工程师