基于動力性能測試的簡支梁橋的長期監(jiān)測
2015-05-14
一、前言：
橋梁作為交通運輸?shù)闹匾獦屑~，它的安全性對國民經(jīng)濟起著舉足輕重的作用。及時地掌握橋梁結(jié)構(gòu)工作性能，可有效保障其安全運營。目前常用的能夠較好的對橋梁進行承載能力評定的方法為動靜力荷載試驗。但這兩種試驗需事先進行荷載試驗分析設(shè)計，試驗實施過程中需阻斷交通且試驗費用較多。
道路中常見的小型簡支梁橋數(shù)量較多，結(jié)構(gòu)具體尺寸及工作狀態(tài)差異大，一一實施動靜荷載試驗的可行性較低。雖可通過橋梁外觀檢測對小型橋梁的工作狀況進行評定，但所得結(jié)果較為離散，會隨檢測人員的工作經(jīng)驗和態(tài)度發(fā)生大的波動。
本文擬通過對小型簡支梁橋在通行狀態(tài)下的動力性能檢測實施小型簡支梁橋的長期監(jiān)測。
二、橋梁結(jié)構(gòu)動力性能計算理論
橋梁結(jié)構(gòu)的承載力與其剛度密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)剛度是評定橋梁承載力及結(jié)構(gòu)性能的一項重要指標（簡支梁橋結(jié)構(gòu)剛度的大小將受到梁內(nèi)混凝土裂縫的數(shù)量、鋼筋銹蝕、混凝土鋼筋材料強度變化等因素的影響），而結(jié)構(gòu)固有振動特性的變化是結(jié)構(gòu)剛度改變的直觀反映?？赏ㄟ^對橋梁結(jié)構(gòu)動力性能的檢測實現(xiàn)對橋梁健康狀況的評估。
實際工程中可通過橋梁結(jié)構(gòu)振動基頻與橋梁結(jié)構(gòu)的剛度的關(guān)系建立動力性能檢測結(jié)果與橋梁結(jié)構(gòu)實際剛度的聯(lián)系。
結(jié)構(gòu)振動特性的分析計算：（基本方程）,其中m為質(zhì)量、c為阻尼、k為剛度；（特征方程），其中為結(jié)構(gòu)振動頻率、為與振動頻率相對應的振型。
簡支梁橋的一階振型的振幅較大（與按單質(zhì)點體系的計算結(jié)果相近），實際檢測中更易測得一階頻率值，可僅檢測一階頻率并用一階自振頻率來反映結(jié)構(gòu)剛度情況（）。
三、橋梁結(jié)構(gòu)振動信號分析
為方便檢測的實施提高工作效率，需在通行狀態(tài)下進行結(jié)構(gòu)振動信號的采集，并通過頻譜分析找出一階頻率值。
實際檢測過程中，實測得到的振動信號將是由多種振動疊加形成的(將幾種簡單的振動信號按不同方式進行疊加即可得到多種復雜的振動信號)。
分析中可通過傅里葉變換對振動的信號進行分解，并按頻率順序展開，使其成為頻率的函數(shù)。根據(jù)分析變換得到的頻譜曲線即可找到一階頻率值。實測得到的簡支梁橋振動信號的主要成份為橋梁一階振動信號，它的振幅相對組成實測信號的其它信號的幅度大，在頻譜分析曲線中可取曲線中幅值最大處的頻率作為實測得一階振動頻率值。
四、通行條件下簡支梁橋一階頻率檢測
通行條件下汽車的通行將成為振動的主要激勵作用，檢測無需特意采取激振措施。但考慮到小型簡支梁橋的自重較小，汽車的重量將對實測得到的一階振動頻率產(chǎn)生影響。分析中可認為簡支梁橋的一階振動將以不含汽車附加質(zhì)量（汽車已通過橋）和含汽車附加質(zhì)量（汽車在橋上）兩種狀況進行振動。
根據(jù)一階頻率簡化計算公式可知，在不含汽車附加質(zhì)量時結(jié)構(gòu)的一階自振頻率比包含汽車附加質(zhì)量是的一階頻率要大。
頻譜曲線顯示出結(jié)構(gòu)振動的一階和三階頻率的位置，但其一階頻率位置出現(xiàn)了兩個峰值。這與分析中考慮的車在橋上和不在橋上時振動效應會不相同的現(xiàn)象吻合。宜取用一階頻率位置處頻率較大的那個峰對應的頻率值。
五、基于動力性能測試的簡支梁橋的長期監(jiān)測
通行狀況下基于動力性能測試的簡支梁橋的長期監(jiān)測，宜按一定周期予以實施，檢測所得的一階自振頻率的變化可為結(jié)構(gòu)剛度的變化提供較準確的監(jiān)測依據(jù)。
監(jiān)測過程中宜將振動信號采樣點設(shè)于簡支梁的跨中(橋面路緣處)，并設(shè)置永久標記以方便下一次的采樣。
基于動力性能測試的簡支梁橋的長期監(jiān)測以不同時間點測得的一階頻率間相對變化作為結(jié)構(gòu)性能變化的判定依據(jù)，可避開進行橋梁結(jié)構(gòu)振動性能理論計算及理論計算造成的誤差（理論計算會受到計算方法和對橋梁成橋狀況與設(shè)計狀況間的差異的影響）。
