桥梁结构成桥动载试验

桥梁结构成桥动载试验主要测试内容包括两个方面：桥梁结构的自振特性和桥梁结构的动力响应。桥梁自振特性测试主要测试分析桥梁结构的自振频率、振型和阻尼比等模态参数，而桥梁结构响应测试主要是测试分析车辆荷载行车、制动等条件下桥梁结构的冲击系数、动挠度、振动幅值、动应变、速度、振动加速度等参数。

桥梁自振特性测试

桥梁结构自振特性是结构本身所固有的动态参数，包括自振频率、阻尼比、振型等一些基本参数。这些参数是由结构体系、质量分布、结构刚度、结构连接边界条件等因素决定，与外荷载输入无关。桥梁结构自振特性试验的激振方法主要包括自由振动法、共振法和环境随机振动激振法等。

（1）自由振动法

自由振动法是使桥梁产生有阻尼的自由衰减振动，记录到的振动图形为桥梁的衰减振动曲线。一般常用突然加载和突然卸载两种方法。

突然加载法就是在被测结构上急速施加一个冲击作用力。现场测试中，采用试验车辆的后轮从三角垫块上突然下落对桥梁产生冲击作用，激起桥梁的竖向振动，简称跳车试验；当测试某一构件(如拉索)的振动时，常采用橡皮锤敲击的方法产生冲击作用。

突然卸载法是指在结构上预先施加一个荷载作用，使结构产生一个初位移，然后突然卸去荷载，利用结构的弹性使其产生自由振动。为卸落荷载，可通过自动脱钩装置或剪断绳索等方法，有时也专门设计断裂装置，即当预施加力达到一定数值时，在绳索中间的断裂装置便突然断裂，由此激发结构的振动。

行车试验的余振也可以用于桥梁自振特性测试，类似于突然卸载的方法。行车试验时车辆在桥梁上行驶时结构产生受迫振动，车辆驶离桥面后桥梁上无外荷载作用,强迫振动即变成自由振动。这种方法对结构刚度和阻尼较小的桥梁效果较好，但有时不能所需要的振型。为提高信噪比，获取尽可能大的余振信号，可采用不同的车速进行多次试验，或在桥跨特征截面设置弓形障碍物进行激振（有障碍行车激振)，见图1。

图1 弓形障碍物断面尺寸示意图（单位：cm）

（2）强迫振动法（共振法）

强迫振动法是利用专门的激振装置（如惯性式机械离心激振器），对桥梁结构施加激振力，使结构产生强迫振动，借助于共振来确定结构的动力特性。对于既有桥梁结构，常常采用试验车辆以不同的行驶速度通过桥梁，使桥梁产生不同程度的强迫振动，简称“跑车试验”。

（3）环境随机振动激振法（脉动法）

环境随机激振法(脉动法)，是指在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下，通过测定桥梁由风荷载、地脉动、水流等随机激励引起的微幅振动来识别结构自振特性参数的方法。该方法需对采集的长样本信号进行能量平均，以便消除随机因素的影响。对悬索桥、斜拉桥等自振频率较低的桥型，为保证频率分辨率和提高信噪比，采集时间一般不小于30min。对小跨径桥梁，采集时间可以酌情减少。环境激振法更适合大跨柔性桥梁。

桥梁结构动力响应测试

对于原型桥梁结构动力响应测试，一般采用与实际运营车辆相近的一辆加载车辆或多辆加载车辆进行激励。桥梁结构动力响应测试激励方法有：无障碍行车试验、有障碍行车试验和制动试验等。

（1）无障碍行车试验

桥面无障碍行车试验的车速根据设计车速、路幅宽度、桥面线形、路况等因素综合考虑，采用测速仪或由实测时程信号在特征部位的起讫时间确定实际车速。无障碍行车试验车速宜在5~ 80km/h范围内取多个大致均匀分布的车速进行行车试验。车速在桥联(孔）上宜保持恒定，每个车速工况应进行2~3次重复试验。

（2）有障碍行车试验

为测试桥梁在行车试验时车辆对桥梁的冲击或动力放大效应，通常设置如图的弓形障碍物模拟桥面坑洼进行行车试验，车速宜取5~20km/h，障碍物宜布置在结构冲击效应显著部位。由于冲击系数是与桥面平整度、车—桥耦合振动等相关的随机变量，单次试验的随机性较大，影响评价的客观性，因此对于有障碍行车试验每个车速工况通常进行2~3次重复试验。

（3）制动试验

为模拟桥梁在正常行车状态车辆在桥上刹车对桥梁动力性能的影响，通常采用制动试验工况来进行测试。制动试验的车速宜取30 ~50km/h，制动部位应为动态效应较大的位置，对漂浮体系桥梁，应测试主梁纵向位移等项目。

对于桥梁结构动力响应的测试，宜首先选择无障碍行车试验，可以根据实际情况选择有障碍行车试验和制动试验。

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