導(dǎo)語(yǔ)：懸索橋模型試驗(yàn)技術(shù)分析論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：特大跨度懸索橋相似模型的模態(tài)參數(shù)測(cè)定一直是一個(gè)難題。本文從模態(tài)分析基本原理出發(fā)，介紹解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)實(shí)例加以說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：懸索橋橋梁模型模態(tài)試驗(yàn)

一、前言

試驗(yàn)?zāi)B(tài)技術(shù)發(fā)展已將近20年，工程應(yīng)用亦十分普遍。一般橋梁結(jié)構(gòu)模型的模態(tài)試驗(yàn)，和大多數(shù)結(jié)構(gòu)模型一樣，因都是在線性小振幅范圍內(nèi)進(jìn)行，且頻率范圍適中，所以都比較容易做。但特大跨徑懸索橋相似模型的模態(tài)試驗(yàn)卻不是這樣。

如全橋風(fēng)洞模型，因要求與原型相似，模型本身就是一座既柔又輕的結(jié)構(gòu)物。加上實(shí)際模型設(shè)計(jì)過(guò)程中，原橋結(jié)構(gòu)的剛度相似往往以脊骨形式滿足，質(zhì)量分布相似則以加集中質(zhì)量滿足，而加勁梁斯塔等又都要求氣動(dòng)外型相似，故整個(gè)結(jié)構(gòu)質(zhì)地輕柔、形?quot;松散"。懸索橋相似模型的這些特點(diǎn)，使傳統(tǒng)的模態(tài)試驗(yàn)方法產(chǎn)生如下幾個(gè)問(wèn)題：

1．激勵(lì)錘作用在輕柔的模型上，出力大小不易掌握。太重，模型不能承受：輕了，能量不夠，遠(yuǎn)離激勵(lì)點(diǎn)的測(cè)點(diǎn)的傳遞函數(shù)（由于信躁比低）質(zhì)量會(huì)很差。

2．用隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)連接在模型上的電磁激振器，因?yàn)榧?lì)模型的力是有一定周期的隨機(jī)躁聲且大小是可調(diào)的，所以能激發(fā)出模型比較理想的多階模態(tài)。但這里：①激振器與模型的連接桿對(duì)模型有一個(gè)附加質(zhì)量，當(dāng)模型本身的質(zhì)量貢獻(xiàn)不能忽略這個(gè)附加質(zhì)量的影響時(shí)，就不能用這種方法。②懸索橋橋塔和加勁梁（包括主纜）的低階振動(dòng)模態(tài)是分開(kāi)的，在橋塔上安裝激振器，基本不能激勵(lì)出加勁梁的模態(tài)。

3．模擬實(shí)橋環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)方法，對(duì)模型進(jìn)行隨機(jī)激勵(lì)，以能使全模型保持隨機(jī)振動(dòng)狀態(tài)，測(cè)定模型各測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)，用這些響應(yīng)的線性譜和（響應(yīng)對(duì)響應(yīng)的）傳遞函數(shù)確定模態(tài)參數(shù)。實(shí)測(cè)表明，由此得到的傳遞函數(shù)質(zhì)量比較差也難以滿足要求。

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者憑籍對(duì)模態(tài)試驗(yàn)技術(shù)原理的深刻理解以及在各種結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)方面豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用一種"準(zhǔn)周期脈沖激?quot;（介于上述1，2之間）的方法，使特大跨徑懸索橋相似模型的模態(tài)試驗(yàn)這個(gè)難題得到了解決。

二、模態(tài)試驗(yàn)分析的基本原理

結(jié)構(gòu)模型可離散為某種具有N個(gè)自由度的線彈性系數(shù)，其運(yùn)動(dòng)微分方程為：

給定輸入{f(x)}（可以是激勵(lì)錘產(chǎn)生的脈沖力，也可以是小型電磁激振器產(chǎn)生的隨機(jī)激勵(lì)力），測(cè)出模型的響應(yīng)信號(hào)（輸出）{x（t）}，就可以得到該模型的傳遞函數(shù)。用公式表示：

｛X(w)｝＝[H(w)]{F(w)}

對(duì)系統(tǒng)p點(diǎn)的激勵(lì)并在l點(diǎn)措振，可得到傳遞函數(shù)矩陣中的第p行l(wèi)元素

式中，φl(shuí)iφpi為l,p點(diǎn)的振型元素，從而對(duì)結(jié)構(gòu)上一（或多）點(diǎn)激勵(lì)，多（或一）點(diǎn)拾振，即可得到傳遞函數(shù)矩陣的某一列（或行），進(jìn)而計(jì)算出模態(tài)參數(shù)。

具體做起來(lái)，對(duì)錘擊法，單點(diǎn)激勵(lì)、多點(diǎn)措振或多點(diǎn)激勵(lì)、單點(diǎn)措振都是一樣的；而激振器激勵(lì)一般采取單點(diǎn)激勵(lì)、多點(diǎn)拾振方法。

三、模態(tài)試驗(yàn)分析方法

"準(zhǔn)周期脈沖激勵(lì)"方法的思路是針對(duì)普通脈沖力出力偏大偏小都不妥而激振器激勵(lì)會(huì)產(chǎn)生附加質(zhì)量的影響提出來(lái)的?？紤]用一個(gè)大小適中的脈沖力，按一定的周期連續(xù)地對(duì)模型進(jìn)行激勵(lì)，使模型始終保持振動(dòng)狀（當(dāng)然，這種振動(dòng)絕對(duì)是與錘擊力有關(guān)的）。同時(shí)測(cè)量,記錄輸入力和輸出加速度的時(shí)域信號(hào)，再進(jìn)行傳遞函數(shù)分析。

下面通過(guò)某長(zhǎng)江公路大橋的例子介紹具體做法。

1．測(cè)點(diǎn)布置

把模型縱向分成10個(gè)斷面，每個(gè)斷面加勁梁和纜索上各兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，所有測(cè)點(diǎn)都是二維的，整個(gè)模型試驗(yàn)共60個(gè)測(cè)點(diǎn)。

2.幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)測(cè)、分析過(guò)程中，主要把握以下幾點(diǎn)：

（1）激振。在激勵(lì)錘上安裝橡皮緩沖頭，既保護(hù)模型免遭硬物沖擊，又使脈沖力的作用時(shí)間加長(zhǎng)，并且增強(qiáng)低頻段的能量。脈沖力作用周期為3～5s，視具體模型頻響特性而定。

（2）多點(diǎn)拾振。同時(shí)測(cè)量幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的二維振動(dòng)，一方面節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，另一方面盡可能減少對(duì)（纖弱的）模型的敲擊次數(shù)。

（3）信號(hào)采樣和分析。懸索橋模型的感興趣頻率最高一般不超過(guò)10Hz，為此：①采用30～50Hz的采樣頻率，至少采滿51200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；②做傳遞函數(shù)時(shí)，對(duì)力和響應(yīng)都加海寧窗；

③采取分段平均。以上措施可以保證傳遞函數(shù)在10Hz以前的質(zhì)量。

四、結(jié)論

做大跨度懸索橋相似（如風(fēng)洞）模型的模態(tài)試驗(yàn)比較難做，本文介紹的方法解決了這一難題，實(shí)際模態(tài)試驗(yàn)得到了理想的數(shù)據(jù)結(jié)果。其關(guān)鍵在于：

（l）提出了"準(zhǔn)周期脈沖激勵(lì)"的方法，并付諸實(shí)用；

（2）對(duì)模態(tài)試驗(yàn)分析技術(shù)的熟練掌握，包括合適的激勵(lì)點(diǎn)和激勵(lì)角度、單點(diǎn)激勵(lì)和多點(diǎn)二維拾振等測(cè)振技巧。

順便指出：這里介紹的方法同樣適用于大跨度斜拉橋相似模型的模態(tài)試驗(yàn)分析。