[发明专利]一种预测中小桥梁模态挠度的测试方法

说明书

本发明公开了一种预测中小桥梁模态挠度的测试方法。其先在待测试桥梁上布设多个加速度传感器，测得环境激励下实测桥梁的频率和振型，然后在桥梁振型测点上停放一定重量的载重车辆，测试环境激励下增加载重车辆后的桥梁频率和振型，通过公式计算得到质量改变前桥梁实测振型的质量归一化系数，计算识别出桥梁结构的模态柔度矩阵，进而预测桥梁在任意静力荷载作用下的实际模态挠度，该预测的模态挠度即为桥梁在静力荷载作用下的实际挠度。本发明方法具有操作方便快速、无需在桥下安装位移测量装置的优点，可以节省大量的人力、财力和物力，利用本发明的方法预测中小桥梁模态挠度方便快速，准确度高。

技术领域

本发明涉及一种预测中小桥梁模态挠度的测试方法，属于桥梁健康监测和安全检测评估领域。

背景技术

目前，随着我国交通运输事业呈现出载重大、速度快、流量大等现代化运输结构的发展趋势，公路桥梁的负荷压力不断增大，加上雨雪侵蚀、日晒冻融等因素的影响，严重影响了桥梁的功能与安全。因此，如何准确快速地评估运营状态下桥梁的结构安全，是国内外迫切需要解决的课题。桥梁挠度测量广泛应用于桥梁工程中，桥梁的挠度是判断桥梁技术状况的重要参数。因此在桥梁检测、危桥改造以及新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值。

环境激励是目前健康监测最为常用的手段，它依靠外部环境或者正常车辆行驶等自然条件激励，具有操作方便的优点。但是，环境激励只能够输出结构的基本模态参数如：频率、振型和阻尼等，无法获得结构深层次的参数，如模态柔度矩阵等。

传统的环境激励测试方法缺乏结构输入荷载信息，因此，无法通过环境激励测得模态参数直接计算预测桥梁结构的挠度。而现有桥梁荷载试验技术需要在桥下安装复杂竖向位移测量装置，且需要借助复杂有限元模型，操作复杂，耗时耗力。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种操作方便快速、无需在桥下安装位移测量装置即可准确预测中小桥梁模态挠度的测试方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种预测中小桥梁模态挠度的测试方法，其特征是：包括如下步骤：

(1)依据中小桥梁实际服役状态与行车状况，选取待测试跨主梁，并估算桥梁测试跨主梁的重量；

(2)根据测试跨主梁的可能的理论振型形式，在测试跨主梁上布置加速度传感器，采集环境激励下主梁测点的竖向加速度时程响应数据，通过模态参数识别方法识别得到桥梁的实测频率与振型；

(3)在测试跨主梁的振型测点上停放一定数量的载重车辆，采集环境激励下增加车辆后主梁测点的加速度时程响应数据，通过模态参数识别方法识别增加车辆后桥梁的实测频率与振型；

(4)利用步骤1和步骤2中获得的停放载重车辆前后的桥梁实测频率与振型，通过质量归一化系数计算公式计算主梁实测每阶振型的质量归一化系数；所述质量归一化系数计算公式为：

其中2ω＝ω_m+ω_m'，Δω＝ω_m-ω_m'；

式中：γ为振型归一化系数

ΔM为停放载重车辆前后质量矩阵改变量

ω_m为停放载重车辆前第m阶模态频率

ω_m'为停放载重车辆后第m阶模态频率

φ'_m为停放载重车辆后第m阶模态振型列向量

φ_m为停放载重车辆前第m阶模态振型列向量

φ_m^T为φ_m的转置向量；