基于动力性能测试的简支梁桥的长期监测
2015-05-14
一、前言：
桥梁作为交通运输的重要枢纽，它的安全性对国民经济起着举足轻重的作用。及时地掌握桥梁结构工作性能，可有效保障其安全运营。目前常用的能够较好的对桥梁进行承载能力评定的方法为动静力荷载试验。但这两种试验需事先进行荷载试验分析设计，试验实施过程中需阻断交通且试验费用较多。
道路中常见的小型简支梁桥数量较多，结构具体尺寸及工作状态差异大，一一实施动静荷载试验的可行性较低。虽可通过桥梁外观检测对小型桥梁的工作状况进行评定，但所得结果较为离散，会随检测人员的工作经验和态度发生大的波动。
本文拟通过对小型简支梁桥在通行状态下的动力性能检测实施小型简支梁桥的长期监测。
二、桥梁结构动力性能计算理论
桥梁结构的承载力与其刚度密切相关，结构刚度是评定桥梁承载力及结构性能的一项重要指标（简支梁桥结构刚度的大小将受到梁内混凝土裂缝的数量、钢筋锈蚀、混凝土钢筋材料强度变化等因素的影响），而结构固有振动特性的变化是结构刚度改变的直观反映。可通过对桥梁结构动力性能的检测实现对桥梁健康状况的评估。
实际工程中可通过桥梁结构振动基频与桥梁结构的刚度的关系建立动力性能检测结果与桥梁结构实际刚度的联系。
结构振动特性的分析计算：（基本方程）,其中m为质量、c为阻尼、k为刚度；（特征方程），其中为结构振动频率、为与振动频率相对应的振型。
简支梁桥的一阶振型的振幅较大（与按单质点体系的计算结果相近），实际检测中更易测得一阶频率值，可仅检测一阶频率并用一阶自振频率来反映结构刚度情况（）。
三、桥梁结构振动信号分析
为方便检测的实施提高工作效率，需在通行状态下进行结构振动信号的采集，并通过频谱分析找出一阶频率值。
实际检测过程中，实测得到的振动信号将是由多种振动叠加形成的(将几种简单的振动信号按不同方式进行叠加即可得到多种复杂的振动信号)。
分析中可通过傅里叶变换对振动的信号进行分解，并按频率顺序展开，使其成为频率的函数。根据分析变换得到的频谱曲线即可找到一阶频率值。实测得到的简支梁桥振动信号的主要成份为桥梁一阶振动信号，它的振幅相对组成实测信号的其它信号的幅度大，在频谱分析曲线中可取曲线中幅值最大处的频率作为实测得一阶振动频率值。
四、通行条件下简支梁桥一阶频率检测
通行条件下汽车的通行将成为振动的主要激励作用，检测无需特意采取激振措施。但考虑到小型简支梁桥的自重较小，汽车的重量将对实测得到的一阶振动频率产生影响。分析中可认为简支梁桥的一阶振动将以不含汽车附加质量（汽车已通过桥）和含汽车附加质量（汽车在桥上）两种状况进行振动。
根据一阶频率简化计算公式可知，在不含汽车附加质量时结构的一阶自振频率比包含汽车附加质量是的一阶频率要大。
频谱曲线显示出结构振动的一阶和三阶频率的位置，但其一阶频率位置出现了两个峰值。这与分析中考虑的车在桥上和不在桥上时振动效应会不相同的现象吻合。宜取用一阶频率位置处频率较大的那个峰对应的频率值。
五、基于动力性能测试的简支梁桥的长期监测
通行状况下基于动力性能测试的简支梁桥的长期监测，宜按一定周期予以实施，检测所得的一阶自振频率的变化可为结构刚度的变化提供较准确的监测依据。
监测过程中宜将振动信号采样点设于简支梁的跨中(桥面路缘处)，并设置永久标记以方便下一次的采样。
基于动力性能测试的简支梁桥的长期监测以不同时间点测得的一阶频率间相对变化作为结构性能变化的判定依据，可避开进行桥梁结构振动性能理论计算及理论计算造成的误差（理论计算会受到计算方法和对桥梁成桥状况与设计状况间的差异的影响）。
