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橋梁結構的模態(tài)分析是什么?它在橋梁試驗中有何作用?
橋梁結構的模態(tài)分析包括計算模態(tài)分析和試驗模態(tài)分析兩種類型。橋梁結構的計算模態(tài)分析就是利用有限元計算軟件(如MidasCivil、ANSYS、SAP系列軟件)建立橋梁結構的有限元動力模型對其模態(tài)參數(shù)計算分析。橋梁的試驗模態(tài)分析就是通過振動測試系統(tǒng)采集振動傳感器的數(shù)據(jù),進行模態(tài)參數(shù)的識別,從而得到橋梁結構的模態(tài)振型、自振頻率和阻尼比等參數(shù)。需要注意的是橋梁計算模態(tài)分析得到的模態(tài)參數(shù)為振型、自振頻率兩個參數(shù),而試驗模態(tài)分析得到的模態(tài)參數(shù)有振型、自振頻率和阻尼比。
橋梁試驗模態(tài)分析通常采用脈動法進行測試,脈動測試分析法是自然隨機干擾作用下振動模態(tài)參數(shù)的測試方法,它屬于工作模態(tài)分析(Operational Modal Analysis,OMA),也 稱為只有輸出的模態(tài)分析。這類模態(tài)分析最明顯的特征是僅測橋梁結構的輸出響應,不需要或無法測量輸入。在進行橋梁模態(tài)試驗時若傳感器的數(shù)量和采集儀通道數(shù)受限,可以采用分批測量的方式,通過設置的參考點進行模態(tài)的拼接來得到進行橋梁結構的模態(tài)分析。
橋梁試驗模態(tài)分析的作用包括以下幾個方面:
(1)橋梁結構的動力特性的評價 通過試驗模態(tài)分析與計算模態(tài)分析的結果對比,對橋梁的動力性能進行評價。
(2)橋梁結構的損傷識別和定位橋梁結構的自振頻率反映橋梁結構的整體動剛度,但其對結構的局部損傷不敏感。橋梁結構出現(xiàn)大的結構損傷或缺陷會導致其自振頻率的降低,目前公路橋梁規(guī)范對其動力特性就是基于這一原理來評定的。橋梁結構的模態(tài)振型、模態(tài)曲率等參數(shù)對結構的損傷有一定的敏感性,因此一些對損傷敏感的模態(tài)參數(shù)可用來進行橋梁結構的損傷識別和定位。
(3)橋梁的健康監(jiān)測 目前國內(nèi)外特大型橋梁許多已經(jīng)裝了橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng),其中振動的監(jiān)測是其中最重要的內(nèi)容,通過在線的模態(tài)參數(shù)識別技術可以實現(xiàn)橋梁健康狀態(tài)的監(jiān)測。
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