T∕CCTAS 299-2026 梁式桥结构自振频率测试方法

梁式桥结构自振频率测试方法Testmethodfornaturalf(此版本未经出版审核，仅供参考，以最终出版发布为准)2026-02-06发布2026-02-06发布 1 4仪器与用具 24.1激励车辆 2 2 2 4.5辅助用具 5.1测试准备 5.2拾振传感器布置 35.3激励方法 4 4 6 65.7现场测试流程 6 76.1一般规定 76.2车辆影响 76.3温度影响 10 附录A(规范性)激励车辆等效方法 附录B(资料性)跳车激励试验示例 附录C(资料性)简支梁桥自振频率测试案例分析 附录D(资料性)梁式桥结构自振频率测试记录 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国交通运输协会标准化技术委员会提出。本文件由中国交通运输协会标准化技术委员会归口。本文件起草单位：吉林大学、广西交科集团有限公司、交通运输部公路科学研究所、交通运输部科学研究院、吉林省交通科学研究所、广西壮族自治区高速公路发展中心、广西普力达交通科技有限公司、桂林电子科技大学、中交第二航务工程局有限公司。本文件主要起草人：谭国金、王龙林、王华、赵安、周紫君、何昕、王文盛、顾正伟、吴春利、刘洋、艾永明、宫亚峰、郑传峰、于丽梅、秦绪喜、周培蕾、果晓君、蒋符发、梁健生、唐丽娟、滕煜、黄健、许纪湖、孙希延、纪元法、付文涛、蓝如师。1范围本文件规定了梁式桥结构自振频率测试的基本规定、仪器与用具、测试方法、数据分析和测试报告等内容。本文件适用于公路、城市道路梁式桥上部结构的自振频率测试。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本GB/T50083-2014工程结构设计基本术语标准CJJ/T233城市桥梁检测与评定技术规范JTG3362公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG5120公路桥涵养护规范JTG/TH21公路桥梁技术状况评定标准JTG/TJ21公路桥梁承载能力检测评定规程JTG/TJ21-01-2015公路桥梁荷载试验规程3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。上部结构主要承重构件为梁的桥梁。3.2桥梁自振频率bridgenaturalfrequency外力不复存在时桥梁每秒钟振动的次数。[来源：GB/T50083-2014,2.12.12,有修改]3.3载重车辆后轮从辅助装置突然下落对桥梁产生冲击作用，引起桥梁振动。[来源：JTG/TJ21-01-2015,6.2.2,有修改]极限跳车高度extremebumpheight跳车试验中，跳车激励引起的控制截面弯矩等于车道荷载引起的控制截面弯矩设计值所对应的跳车3.5车辆驶离桥面后引起的桥梁振动。[来源：JTGTJ21-01-2015,6.2.2,有修改]桥面无任何交通荷载情况下，桥梁由测试环境中机械振动、地脉动、风荷载、水流等引起的微幅振[来源：JTGTJ21-01-2015,6.2.2,有修改]单位时间内从连续信号中提取并组成离散信号的采集次数。以桥梁振动为主要振动形式的车-桥耦合系统的振动频率。4仪器与用具4.1激励车辆4.1.1激励车辆应符合JTG/TJ21-01中荷载试验效率的要求，达到激励试验所需的重量。4.1.2跳车激励车辆宜采用单辆载重车。4.1.3跑车激励宜采用单辆载重车或每个行车车道横向并列一排的多辆车，载重车总质量不应超过静载试验的加载车辆重量。4.2跳车激励辅助装置4.2.1用于跳车激励中支撑车辆的辅助装置，为单个车轮所用装置。其侧视图和俯视图如图1所示。上上a)主视图b)俯视图图1跳车激励辅助装置示图4.2.2跳车激励辅助装置与桥面应具有足够的接触面积，接触面积尺寸不应小于1m×0.6m,装置高度h。即为跳车高度，可按照5.4.1规定进行确定。4.2.3跳车激励辅助装置宜采用Q235钢材焊制，钢板厚度不应小于20mm,装置表面应进行抗滑处理，装置表面粗糙度应不小于Ra25。4.3拾振传感器梁式桥梁自振频率测试拾振传感器宜根据梁式桥加速度响应范围和测试精度，选用磁电式拾振传感器或压电式加速度传感器，拾振传感器的技术要求应符合表1的规定。3仪器名称参数范围适用范围②频率响应：0.3Hz~20.0Hz可用于跳车激励、跑车激励和②频率响应：0.5kHz~1.0kHz系统的采样频率不低于1kHz。用于梁式桥结构自振频率测试的辅助用具包括：皮尺、路锥、粉笔、凡士在桥梁自振频率测试试验前对桥梁建成年限，设计荷载等级，使用状况等进行详细调研。应收集、5.2.1在桥梁自振频率测试前，应对所采用的拾振传感器、振动采集分析系统进行标定。宜采5.2.2拾振传感器的数量应根据桥梁振型和动力响应最大的原则确定。对于简支梁桥和连续梁桥自振频率测试拾振传感器的典型布置方案如表2至表4所示。5.2.3拾振传感器的位置应结合桥梁的模态分析进行确定，不应位于桥梁的振型节点，宜峰、谷值位置处。桥梁缺少技术资料无法进行模态分析时，拾振传感器的位置可按照表2至表4所示的1122334122436L21/6;L2₁/2;5L21/6;L22/6;L₂₂/注：L21、L₂2为两跨连续梁桥第1跨和第2跨的计算跨径。工32639L₃₁/6;L₃1/2;5L₃₁/6;L₃2/6;L注：L31、L32、L33为三跨连续梁桥第1跨、第2跨和第3跨5.2.4当布置的拾振传感器数量大于1时，宜取各拾振传感器结果的平均值作为自振频率测试5.2.6拾振传感器数量有限时，应将一个拾振传感器布置在桥梁振幅较大的测点上固定不动，并标记为0号参考点。分批移动其他传感器得到所有测点的数据，测试过程中应保持各拾振传感器间无遮挡。5.2.7可通过耦合剂、固定底座等方式将拾振传感器固定在桥梁牢固、可靠的位置，宜减少拾振传感5.3.2各激励方法的适用范围宜根据表5确定。表5梁式桥自振频率测试激励方法适用范围适用范围跳车激励桥梁单孔跨径≤20m的简支梁桥、连续梁桥跑车激励20m<桥梁单孔跨径<40m的简支梁桥、连桥梁单孔跨径≥40m的简支梁桥、连续梁桥注：桥梁单孔跨径为两桥墩中线间距离或桥墩中线与台5.3.3采用跳车激励时，应结合桥梁技术状况、承载能力等综合情况确定跳车高度。a)建立激励车辆-桥梁耦合振动模型，激励车辆b)激励车辆为三轴车时，应按照附录A将激励车辆等效为两轴1/2车辆模型；c)假定一个跳车高度h,确定跳车过程中车辆和桥梁耦合振动的初始条件；e)根据动力位移时程响应确定桥梁各点位移5g)应根据JTG/TH21对桥梁技术状况进行评定，结合桥梁技术状况评定等级，按照式(1)确定式中：h₀——最大跳车高度，单位为毫米(mm);φ——跳车激励高度折减系数，宜按表6取值。表6跳车激励高度折减系数技术状况评定等级1类h)确定最大跳车高度后，宜采用较大的跳车高度h。以提高动力响应信噪比和频采用的跳车高度h.应不大于最大跳车高度h。最大跳车高度计算示例如附录B所示。a)应根据桥梁结构技术资料，采用结构模态参b)根据5.4.1条规定计算极限跳车高度，并确定跳车高度；c)采用跳车激励时，对于已经开放交通的桥梁，应在测试前1h封闭交通；d)激励车辆应根据跳车激励方案确定的质量进行配重并记录车辆载重、轴数等信息；f)利用皮尺在桥面测量出跳车激励位置，使用粉笔或滑石笔在相应位置进行标记；(a)跳车激励前(b)跳车激励后图2跳车激励过程65.5跑车激励跑车激励试验荷载效率宜按式(2)计算，na宜取高值，但不应超过1。式中：na——跑车激励试验荷载效率；Smax——控制荷载作用下控制截面的最大内力或变形(不计冲击)。b)采用跑车激励时，对于已经开放交通的桥梁，应在桥梁检测测试前1h封闭交通；e)激励车辆应按照不同车速分级激励，试验过程中车速宜保持恒定。车速宜控制在5km/h至80km/h之间，可按照5km/h或10km/h逐级递增，亦可在最高车速内分成若干等级。也可采用有障碍跑车激振，有障碍跑车试验车速宜取5km/h至20km/h。f)跑车激励试验中，应利用车辆驶离桥面后引起的桥梁结构余振信号来识别桥梁自振频率。5.6环境激励5.7.1按本文件5.2规定确定传感器布置方案，通过皮尺测量出测点位置并用粉笔或滑石笔5.7.2将凡士林或黄油作为耦合剂均匀涂抹在拾振传感器与桥梁接触的一面，或采用固定底座将拾振5.7.4宜在桥梁上不影响激励车辆通行的一侧，安装振动采集仪，该位置与各拾振传感器间的距离不5.7.5通过连接导线，将所有拾振传感器与振动采集仪连接，必要时连接计算机。振动采集仪75.7.6启动振动采集仪，设置采样频率、灵敏度、量程、谱线数等参数，参数设置完毕后对测试通道5.7.7采样频率应满足公式(3)所示关系。式中：fs——采样频率，单位为赫兹(Hz);5.7.8应在测试信号无明显干扰条件下开展测试试验。正式测试前应进行预采样，仪器设备调试正常5.7.10每个激励工况测试次数不少于3次，多次测试的时间间隔不应少于5min。当单次实测频率结6.1.1采集桥梁动力响应数据后，可使用振动采集分析系统的内置软件进行桥梁自振频率分6.1.2在测试过程中，应记录激励车辆和环境温度信息。当车辆和温度对桥梁频率测试应按照6.2和6.3规定剔除车辆和温度作用对桥梁自振频率测试的影响。6.1.3可按照线性叠加原理分别剔除车辆和温度对桥6.1.4应考虑温度引起材料弹性模量变化对简支梁桥和连续梁6.1.5应考虑温度引起材料弹性模量变化和结构次内力对刚构桥自振频率测试的影响，可分别剔除温6.1.6应对测试信号进行检查和评判，并进行剔除异常数据、去趋势项、数字滤波等必要的预处理。6.2车辆影响6.2.1采用跳车激励方法进行梁式桥梁自振频率测试时，应剔除激励车辆对自振频率6.2.2依据桥梁技术资料，采用有限元等方法建立桥梁动力特性分析模型，计算桥梁振型数据。6.2.3以最大元素为1或模态质量为1对振型数据进行正则化，若振型数据位离散点，需采用函数拟8图31/4车辆简化模型ₙ=2πf。Bo=-03s,m₂-[(s+D²(x=a)m;,)k+O³s@——桥梁第n阶有载角频率，单位为弧度每秒(r9影响，基于桥梁有载频率试验值按照式(10)至式(15)计算剔除车辆影响的桥梁第n阶B₂、B₃——代换变量；I——温度T条件下的截面惯性矩，单位为四次方米(mT—测试时桥梁温度值分布，单位为摄氏度(℃)。f=frk'(T)(21)(23)进行计算。f=frCE(24)按式(27)计算。式中：fNo——无结构次内力条件下多跨刚构桥有限元模型的自振频率，单位为赫兹fN——有结构次内力条件下多跨刚构桥有限元模型的自振频率，单位为赫兹式(28)进行计算。附录A(规范性)A.1.1本方法中，在进行极限跳车高度确定时，采用的是两轴1/2车辆模型，在进行车辆影响剔除时，采用的是1/4车辆模型，应根据需要对激励车辆进行对应简化。A.2两轴1/2车辆等效为1/4车辆模型A.2.1图A.1和表A.1分别为两轴1/2车辆模型和参数表，等效后的1/4车辆模型和参数如图A.2和表A.2。WWWWkiWCt1k₂WCt2 轴1轴2图A.1两轴1/2车辆模型车轴编号12轮胎刚度悬架刚度悬架阻尼系数m1/4车辆模型参数轮胎刚度悬架刚度mA.3三轴1/2车辆模型等效为两轴1/2车辆模型A.3.1三轴1/2车辆模型如图A.3所示，三轴1/2车辆模型具体参数如表A.3所示。等效转化后的两轴1/2车辆模型如图A.3所示，与原三轴1/2车辆模型参数关系如表A.4所示。图A.3三轴1/2车辆模型车轴编号123轮胎刚度悬架刚度轴1至轴2的轴距L₁轴2至轴3的轴距L₂车轴编号12轮胎刚度悬架刚度T/CCTASXX—2026附录B(资料性)B.1以一座T形简支梁桥为例，该桥梁长20.5m,计算跨径为20m。主梁高1.3m,翼缘板宽1.5m,腹板厚0.18m,由五片T形梁组成。T形梁横截面如图B.1所示。图B.1T形梁横截面尺寸图表B.1两轴车主要参数表轮胎质量m₃1、ms2车体质量m₆车体俯仰转动惯量I,轮胎刚度kn、k₁₂轮胎阻尼系数c₁、C₁₂悬架刚度k₆₁、kb₂悬架阻尼系数Cb₁、C₆2T/CCTASXX—2026B.3计算得到T形梁跨中截面位移时程响应曲线如图B.2所示。图B.2T形梁跨中截面位移时程响应B.4根据5.4.1条的规定，分别假设跳车高度为0cm、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm,并计算各跳车高度作用下T形梁跨中截面弯矩。车道荷载引起的跨中截面弯矩设计值为1299kNm,经过由于T形简支梁桥为1类桥，所以最大跳车高度为19cm,如图B.3所示。附录C(资料性)简支梁桥自振频率测试案例分析C.1工程概况C.1.1以一座简支梁桥为例，计算跨径为25m,横截面为单箱单室结构。桥梁结构尺寸如图C.1和图C.2所示。图C.1简支梁桥横截面尺寸图图C.2简支梁桥纵向尺寸图C.2频率测试C.2.1该简支梁桥自振频率测试采用跳车激励，通过DH5922数据采集系统采集加速度信号，采样频率为512Hz。在