桥梁动荷载的特性

【摘要】文章多方位阐述了桥梁动荷载的特性，并分析了测试方法。

【关键词】桥梁 电阻

由于路面的平整度是随机变化的，所以由此引起的振动也是随机的。因此，在实际的随机路面上进行车辆荷载的动力特性的试验日益受到重视。通常利用磁带记录器录取随机振动信号，然后在数字处理机上进行各种统计特征分析。数据处理机是以小型电子计算机为主体的数字统计分析一起，这种分析仪器引进了快速傅里埃变换，采用相应的软件就可以快速、精确地计算分析随机振动的重要统计特征。

车辆行驶在不平整桥面上，是引起桥梁振动的重要因素，因此，在动载试验之前，应对桥面的状态进行考察。

在移动的车辆荷载对桥梁振动的影响中，不平整的桥面起着控制作用，尤其是单独的不平整状态或突块对结构的振动影响极为重要，其影响程度取决于不平整的位置及突块的高度。

桥梁结构在使用期间，除了经常收到使用荷载，即各种车辆荷载的动力作用外，有时还需考虑风荷载和地震荷载的作用。风荷载和地震荷载可利用现有的气象、地震的长期观测资料，从中分析并获取有关数据。

对于大跨度悬吊结构，如悬索桥和斜拉桥等，需要考虑风荷载的动力作用，由于结构在风力作用下的受力振动情况很复杂，在理论上还很难完满解决桥梁的风振问题。关于风荷载的特性，例如风速、风向、风压以及结构在风荷载作用下的各有关振动量等，需应用各种类型仪器综合配套进行实测。

由于在大风情况下进行现场实测不易实现，所以，对重要的结构可通过结构模型进行风洞实验。例如上海柳港桥（主跨200m）、天津永和桥（主跨260m）、辽宁大洋和桥（主跨330m）等大跨度斜拉桥，都进行了风洞模型试验。风洞最大风速达90m/s，通过风洞模型实验，除了验证和分析桥梁的风洞稳定性外，还合理地选择了具有良好的空气动力性能的结构断面形式。

对于具有一定质量和动力特性的车辆，以不同的速度驶过平整度无规则变化的桥面时，将对桥跨结构产生一个取决于车速和桥面变化情况的激振力，并促使桥梁产生一定的振动。可见，桥梁动载实验的对象是由“车辆荷载――桥面――桥跨结构”构成的系统。因此，在实验之前，应研究与掌握上述系统中各个环节的特性，即车辆荷载的动力特性，桥面的不平整度规律，根据动力学估算结构的动力特性及其振动响应等。

对于小型桥梁，如采用其它激振方式时，在实验前，应仔细做响应的考虑。对于大跨度轻形桥梁结构，除车辆和人群的作用因素外，还应注意风动荷载、地震荷载以及其它因素引起的“脉动”荷载等作用的可能性。必要时，可作进一步的分析和观测，确定其特性及作用规律。

测试方案应根据实验的内容和目的、现有仪器设备和实验人员的经验等情况而定，按实验的要求和结构形式确定测点的布置和测试方法。例如对于预应力混凝土剪支桥梁的动载实验，一般的观测项目有：跨中断面的挠度和钢丝应力，桥面的垂直和水平振动等。如果测定某一固有频率的振型，应将拾振器置于振幅较大的各部位，避开节点的位置，并注意其相位关系。

在振动测试中，各类传感器（如位移传感器、速度传感器或电阻应变片等）的安装与固定很重要。不正确的安装和固定件的寄生振动会直接影响测试结果。

振动的测试系统一般需由拾振部分、放大部分和记录分析部分组成，这三部分是由专门仪器配套使用，有的可以配换使用，而且各部分仪器种类繁多，性能不一，因此，要根据实验的环境条件和实验的需要，组配合理的仪器测试系统。仪器组配时除应考虑频带范围外，还要注意仪器间的阻抗匹配问题。

电动式测振系统大多用来测定位移，也可测定速度和加速度。有的拾振器在使用灵敏度振字时，可不用微积分放大电路面直接记录，这类仪器配套使用时，拾振器不耗电源，输出信号大阻抗中等，而且长导线对阻抗的影响较小，抗干扰性能较好，因此应用广泛。压电式测振系统多用来测定加速度，通过积分网络也可测定速度和位移。这类系统的拾振器输出阻抗较高，导线和接插件对阻抗的影响较大，要求绝缘电阻很高。仪器自振频率高，可测频响宽，输出信号也较大，但系统抗干扰性能较差，容易受电磁场的干扰。电阻应变式测振系统的传感器有电阻式加速度计、移位计，配套使用的放大器一般用电阻应变器。此类仪器系统低频率响应较好，它的阻抗较低，长导线对阻抗的影响较大，且系统较易受到干扰。