武汉江汉二桥桥面系改造施工.pdf

： 巴东长江大桥模态分析 周 新 （ 中冶南方工程技术有限公司， 武汉 ） 摘 要： 通过脉动试验和模态分析软件对巴东长江大桥动态特性进行了分析， 得到其试验模态频率及振型， 并通 过数值计算得到振动频率， 对计算模态和试验模态进行振型相关性分析， 将有限元的动态分析与试验数据有机地结 合起来， 验证了有限元模型， 同时为工程实践提供了帮助。 关键词： 动态特性； 脉动试验； 模态分析； 有限元法 （ ， ， ， ） ： ： ； ； ； 收稿日期： 基金项目： 国家自然科学基金（ ） 作者简介： 周 新（ ） ， 工程师 ： 桥梁结构的动态特性是其固有的性质， 与结构的质量、 刚度、 阻尼分布及其材料特性有关， 动力特性的测 试方法有自振法、 共振法和脉动法 。其中脉动法也称环境随机激振法， 结构在环境扰动作用下， 例如自然 风、 地脉动、 机器或车辆引起的扰动等， 虽然引起结构振动的振幅极为微小， 但脉动响应所包含的频率成份相 当丰富， 它不需要任何激振设备， 又不受结构形式和大小的限制， 特别适用于测量结构整体的自振特性。这 种微小的振动是随机振动， 用高精度的测振设备可记录该振动信号， 通过计算机进行 谱分析可得到被 测结构的自振特性。 巴东长江公路大桥主桥结构形式为双塔双索面漂浮体系预应力混凝土斜拉桥， 主桥跨径组合为 ， 主梁采用肋板式结构， 拉索采用平行钢丝体系。南北两岸索塔承台以上塔身高度分 别为 和 。主跨采用构造简单、 施工方便的预应力混凝土边主梁方案。边跨支点处主梁采用实 体断面， 临近两个节段采用箱型截面。其余边跨节段与中跨一致， 采用肋板式结构。边主梁顶面全宽 、 底面全宽 ， 顶面设 的双向横坡， 边肋高 ， 梁中部高 ， 顶板厚 。边跨及中跨横 梁均厚 。 巴东长江公路大桥主梁施工采用适量粉煤灰或矿粉运用缓凝高效减水剂双掺技术配制的 高性能 混凝土 。对于这种采用了高性能混凝土大跨度斜拉桥， 其结构体系的稳定性如何， 值得研究， 为此， 结合 有限元法和试验方法对巴东长江大桥进行模态分析， 并讨论其动力特性。 模态试验 巴东大桥主桥部分采用全漂浮的结构体系， 即主梁在索塔位置无竖向支撑， 主梁沿纵桥向可以在一定范 建材世界 年 第 卷 第期 围内自由变位， 同时为了限制主梁横桥向的位移， 在塔梁交界处设置主梁横向限位装置。根据理论分析， 其 各个主要自振模态的首阶频率较低。该次试验采用 超低频加速度传感器作为拾振设备， 采用 数据采集和分析系统进行数据采集与分析。通过在桥梁适当位置布置测点并采样， 在时域和频域分析的基 础上得到结构的频率、 振型和阻尼特性。 为了尽可能测出更多阶振型， 可预先估算结构振型， 或分析以前的动测试验结果， 以便在结构的敏感点 布置拾振器。因巴东大桥成桥荷载试验的资料尚不够充分， 故拟在斜拉桥主梁划分网格布置加速度传感器， 并进行多点多方向的测量， 以期测出对称竖弯、 反对称竖弯、 扭转的各个振型。具体如下： 该次在 个拟定测点， 各自沿主桥横桥向、 竖向， 分批次进行布设。桥面的测点布置如图。图中的 数字表示测点号， 后附字母表示拾振方向。测试时， 每次采样时间不少于 。 将竖直向传感器、 水平向传感器各一个放置于（ ） （ ） 点， 作为不同批次试验的参考点。（） 点的传感器在不 同批次试验中均不移动。详见表。试验时天气阴， 风速 小于 。按计划分批次进行数据采集， 每批采集 持续时间约为 ， 水平方向的传感器摆放的朝向为图 中方向。 设置为外输入数据。 表 拾振器批次布置方案 批次参考点（ 方向） 拾振点 竖向（ ） 横向（ ） （）（） 、 、 、 （）（） 、 、 、 （）（） 、 、 、 （）（） 、 、 、 （） 主桥动力特性 该项试验主要测试主桥在自然条件下的脉动响应， 从中分析主桥的自振频率和阻尼比。 经对模态参数的分析和计算， 巴东长江大桥的振动参数如表所示。 表 巴东大桥振动参数结果 振型 阶 数 （ ） （ ） （ ） 对称竖弯 计算频率 实测频率 阻尼 反对称竖弯 计算频率 实测频率 阻尼 横弯 计算频率 实测频率 阻尼 扭转 计算频率 实测频率 阻尼 从表可以得出： 巴东长江大桥试验模态频率以及计算模态频率吻合较好， 前阶频率计算值比试验值 建材世界 年 第 卷 第期 小， 表明桥梁实测刚度优于设计值。 主桥的一阶竖弯和一阶反对称竖弯振型图如图、 图所示。 结 论 对巴东长江大桥的主桥进行了动力特性分析， 采集了大量数据， 以分析结构的工作性能。在对相关数据 分析后， 可以得出以下结论： 通过脉动试验对巴东长江大桥进行现场测试， 并用模态分析软件获得该桥的振动频率、 一阶对称竖弯 和一阶反对称竖弯振型图， 很好的诠释了该方法适合大跨度桥梁的动力测试。 根据测试及计算结构， 可对大桥进一步的健康监测及定期维护提供技术支撑和研究依据。该主桥的 一阶竖弯频率为 ， 实桥结构的动力性能良好。 巴东长江大桥试验模态频率以及计算模态频率吻合较好， 前阶频率计算值比试验值小， 表明桥梁实 测刚度优于设计值。 参考文献 宋 雨， 刘红国， 张 军斜拉桥模态测试与分析桥梁与结构， ，（ ） ： 沈伯臣模态分析在桥梁检定试验中的应用铁道建筑， （） ： 吴 彬