桥梁动静载、模态实验

桥梁动静载、模态实验注意事项等

(仅做参考)

一、 静载实验

桥梁静载实验中的应变测试通常采用的是1/4桥。

桥梁静载实验中，为了满足小信号、低漂移和抗干扰性的要求，对连接电阻应变测试的导线，建议选用2芯金属屏蔽外加护套的PVC电缆线，线径不可太小，建议最好选 2×0.3～0.5(若用半桥每个测点独立补偿，最好选用3芯或四芯)。另外，因本系统的电阻应变适调器的连接电路中，任何金属屏蔽线不应作为电阻应变电桥的连接导线用。电阻应变电测中，为达到良好的抗干扰性能，根据测试场地的条件，对屏蔽线作适当的连接，如将屏蔽线与仪器的接地端连成一体，再与仪器地良好接妥。另外仪器本身一定要接地（在保证使用的前提下，用一根尽量短、粗的导线进行接地，一端连在仪器的接地端上，另一端最好直接接到大地中）

应变测试用导线在接到静态仪器（如DH3815N）上的测点时，建议最好采用焊接的方式，因为在这种连接状态下导线与仪器测点的接触电阻基本不变化，测试效果好。而且补偿片和工作片上的外接导线的长度值最好一样长（或者相差无几），如果长度相差过大进而导致导线电阻相差过大，会导致桥路输出零点超过仪器平衡范围，从而使得该测点无法平衡，即使平衡也会导致测量范围缩小，具体可通过查看平衡结果来判断，例如平衡结果是17000，而仪器的测量范围是20000，那么测量范围就只有3000了。

另外，静态应变测试时，应变片粘贴效果的好坏，直接决定了应变测试数据的好坏，特别是补偿片的粘贴（在多测点公用一个补偿片的时候，补偿片的重要性大于工作片），因此如果对于应变粘贴工作不是太熟悉甚至未曾接触过的情况下，建议请专门的应变粘贴技工等人员来贴片。

本公司用于桥梁静态实验的仪器以DH3815N或DH3816为主，因此本文以DH3815N为例，叙述静态实验的测试全过程：

假设参与实验的仪器共有一台主机，3台副机：1-1，1-2，1-3。假设3台仪器上全部接满应变片；打开仪器后，然后打开软件。

1、 新建项目：选择“文件|新建项目”，然后在跳出来的文本框中输入实验项

目名称，如：“东门桥静载实验数据” 2、 平衡：点击“平衡”，平衡结束后，选择主菜单栏中的“窗口|新建表格窗

口”，并将主菜单栏中的“查看”中的选项全部选成“√”状态。在表格窗口中点击右键，选择“显示平衡状态”，如下图所示，测点1、测点2处于“平衡状态”，而测点3--测点8为“未平衡”状态，说明测点3--测点8有问题（接了应变片的测点未平衡，说明该测点有问题；而未接应变片的测点未平衡属于正常现象），这时要检查有问题的测点原因所在，常见问题测点的原因有：（1）接触不良（2）桥路接错（3）应变片出了问题（4）工作片与补偿片的外接导线长度相差较大（导致电阻值相差较大）（5）该测点损坏，等等

注意：一旦平衡点确定，在以此平衡点为基础正式采样后，千万不要再点平衡键。

3、

将平衡结果导出：选择“控制|导出平衡结果，如下图所示。此操作的目的是为了防止实验现场突然断电的情况。如果发生断电的情况时，可以在重新通电后，打开仪器、软件，打开之前的测试文件：“东门桥静载实验数据”，选择“控制|导入平衡结果”，导入实验刚开始时导出的平衡结果，然后选择“文件|继续测试”，这时，软件中的采样键由灰色变成绿色，表示可以在原来的项目的基础上继续测试了，注意这时千万不要再点“平衡”键。

4、

在采样控制栏中选择采样模式：“单次采样”或“定时采样” ，以“单次采样”为例，先将“采样状态”栏中的文字写为“初始读数”（起名仅供参考，可灵活输入状态名），先测试一下桥面上空载时的读数值；然后在“采样状态”中输入“工况一第1次加载”，待实验用车落位完毕后等待10分钟以上（等待时间视具体情况而定，如果实验时间安排紧凑，可缩短至5分钟以上），点击“采样”键采样（千万不要点“平衡”键），然后，依次“工况一第2次加载”、“工况一第3次加载”、“工况一第1次卸载”、“工况一第2次卸载”…… “工况二第1次加载”……直至实验结束。(工况有满载\\ 中载\\ 偏载)

另外，在采样之前，对通道参数栏中的一些参数要进行合理设置，如：“桥路类型”应选择“方式1”，另外根据实际情况输入“应变计电阻”、“导线电阻”、“灵敏度系数”，如果采用的导线为双芯线，则应输入两根线的电阻。

建议在实验过程中养成经常性备份数据的良好习惯，以防止数据意外丢失。

二、 动载实验

静载看应变稳定性,动载除看时域曲线外,还可能会看频域曲线

桥梁动载实验通常包括跑车、跳车、刹车。有关跑车、跳车、刹车实验的准备工作、具体细节等请参考有关桥梁实验方面的书籍，本文中仅介绍本公司的动态测试仪器（例如DH5920，其它动态仪器的软、硬件操作方法与5920基本相同）在桥梁动载实验中软件、硬件的详细操作方法。

跑车、跳车、刹车的实验在硬件准备、软件中的参数设置方面基本相同，故仅以跑车实验为例。通常跑车实验的测试方法有： 方法1 以半桥形式贴片，测试动应变

方法2 测试动位移，采用应变式顶针位移计或者电测百分表、千分表等等，通常采用应变式顶针位移计

方法3 在桥面上的1/4跨、跨中、3/4跨测点处布置拾振器（通常使用竖向拾振器，很少采用横向拾振器），以本公司的DH610为例，通常将档位拨至中速度档2档（跳车、刹车时有时振动量级较大，可预先模拟实验条件试采样，如超过2档最大量程，可将档位拨至大速度档3档）进行测试

动载测试时，动态数采软件中的分析模式通常选为“无分析模式”，采样频率为200Hz或500Hz 动载实验时，在通道参数栏中，只需要在“通用参数”和“通道子参数”中进行设置，而“通用参数”栏中的“测量类型”中的“测量类型”会由仪器自动识别，只需要将接着位移计的测试通道中的“测量类型”由默认的“应变应力”改成“桥式传感器”。外接拾振器的测点中，将“通道子参数”栏中的“工程单位”设置成mm/s，并从传感器的指标上找到该传感器的灵敏度并输入“灵敏度”一栏，根据实际情况选择合理的量程范围（可预采样观测），将“输入方式”改成“SIN-DC”，“上限频率”设置为“100Hz”；

在应变测试通道中，将“通道子参数”栏中的“桥路类型”按实际情况选择（根据应变片粘贴所属的半桥类型，方式二、三或四），其它如“应变计阻值”、“导线电阻”、“弹性模量”等等也应根据实际输入，“上限频率”设置为“100Hz”，“输入方式”为“DIF-DC”，“抗混滤波”设置为“ON”。

其它通道参数栏中的项目，如“触发参数”、“几何参数”、“标定信息”不用设置。

测试用线务必应采用屏蔽线，仪器应良好接地，开始采样后，如发现数据异常要迅速停止采样并排查问题。测试数据应及时备份以防止数据意外丢失。

下图所示为实测的动应变时程曲线：

下图所示为上图的基础上的冲击系数计算结果：（选择主菜单栏中的“工程软件|冲击系数1+μ的计算”即可计算冲击系数的计算，详细的计算结果可见附录|桥梁冲击系数说明书）

下图所示为用用竖向拾振器测试得到的速度时程曲线：（4通道信号同窗口显示）

可将上面的曲线进行积分（选择主菜单栏中的“处理|积分/微分”），积分成位移，从而在图形中直接读出最大动位移值。

三、 模态实验

桥梁模态实验之前，应先做出模态测试的方案，以确定：模态测点数，参考点位置，以及测桥面的一边或是两边都测，如果对于模态测试结果只要求低阶的弯曲模态，不要求高阶的扭转模态，测桥面的一边即可，如果要求做出高阶的扭转模态，则必须在桥面的两边都布置测试点。除了测试桥梁的竖向模态，根据客户需要，也可以用横向拾振器测试桥梁的横向模态，横向模态的测试只需要在一边测试。大多数的桥梁模态测试以竖向模态为主。

桥梁模态实验时，不管是用竖向拾振器做竖向模态，或是用横向拾振器做横向模态，将拾振器的档位设置为小速度档“1”档，或是中速度档“2”档，一般建议设置为小速度档“1”档。

由于桥梁属于大型工程结构，固有频率一般较低，尤其是特大型桥梁，如本公司参与测试的润扬长江大桥的前十阶的竖向|扭转固有频率都小于1Hz，中小型桥梁的前面三、四阶的固有频率（桥梁模态实验所关注的主要是前三、四阶固有频率）一般都在20Hz以下，所以模态实验时的采样频率一般建议不用太大，100Hz或者200Hz即可，对于某些大型、特大型桥梁，选取50Hz的采样频率也已足够。

数采软件的模式：频率分析模式（主菜单栏中的“分析|频谱分析模式） 测试前先在硬盘中建一个总的文件夹：例如在D盘中，命名为“**桥模态原始数据汇总”，然后在其中建子文件夹“**桥模态竖向原始数据汇总”，以及“**桥模态横向原始数据汇总”（看客户是否要求做横向模态而定），本文中仅以竖向模态为例，叙述桥梁模态实验过程。

假设某实验桥梁为简支梁桥，桥长28米，宽5米，实验方案中，建议在顺桥向方向上把桥8等分，每段长3.5米，在桥面两边都布置测点。测点布置如下：

左、右共四个点为支座，实际振动量级几乎为零，所以在测试时可以不布置测点。建议选跨中偏一点的位置作为模态测试的参考点（当然并不是说只能选这个位置，建议仅供参考）。在本例中选取的模态测试参考点是3号点， 当然，选5号点、10号点、12号点也是可以的。

假设用户仅有6个竖向拾振器，分别为V07051、V07052、V07053、V07054、V07055、V07056，将每个拾振器都拨至1档，从每个拾振器的指标中找到各自的1档灵敏度，记录在案，假设将V07051放置在参考点处，对应的信号传输线（Q9线）可以用胶带贴上用笔做上记号，假设作1号线，同时该Q9线接入仪器上的1-1通道，其余通道、线号、拾振器编号、桥面上测点、采样批次等相互之间的对应关系见下：

（由于拾振器数量少于测点数，所以要分批次做，在实验过程中，测每一个批次的数据时，参考点的位置始终不动）

第一批次：

拾振器编号 1档灵敏度（V/m/s） 线号 通道号 桥面测点 采样批次 V07051 16.426 1 1-1 3 1 V07052 22.2995 2 1-2 1 1 V07053 22.515 3 1-3 2 1 V07054 15.7915 4 1-4 4 1 V07055 18.3423 5 1-5 5 1 V07056 19.2041 6 1-6 6 1

第二批次：

拾振器编号 1档灵敏度（V/m/s） 线号 通道号 桥面测点 采样批次 V07051 16.426 1 1-1 3 2 V07052 22.2995 2 1-2 7 2 V07053 22.515 3 1-3 8 2 V07054 15.7915 4 1-4 9 2 V07055 18.3423 5 1-5 10 2 V07056 19.2041 6 1-6 11 2

第三批次：

拾振器编号 1档灵敏度（V/m/s） 线号 通道号 桥面测点 采样批次 V07051 16.426 1 1-1 3 3

V07052 22.2995 2 1-2 12 3 V07053 22.515 3 1-3 13 3 V07054 15.7915 4 1-4 14 3

首先，在“**桥模态竖向原始数据汇总”中新建文件“第一批次数据”。在文件“第一批次数据”中：

运行参数栏参数设置

系统参数栏参数设置

在“第一批次数据”中，采样批次设置为“1”

通道参数栏参数设置

1、通道参数栏

2、几何参数栏

3、通道子参数栏

在图形显示窗口开1-1—1-6通道的时间信号窗口以及对应的平均谱窗口

测试所得时域数据截图：（4通道信号同窗口显示）

测试所得频域数据截图（平均谱，4通道信号同窗口显示）：

一般建议连续采样时间30分钟，在采样过程中条件允许的情况下应保证实验现场封车。现场发现数据不正常时（正常信号如下图），应及时停止采样并排查问题，问题可能是由于： 1、软件中参数设置问题

2、干扰信号较大，尤其是50Hz工频干扰，这时应检查是否已经良好接地 3、信号传输导线损坏（不要踩踏实验用线，尤其禁止车辆压过） 4、拾振器损坏 5、仪器通道损坏

仪器、拾振器等属于精密测试仪器，应注意保护，尤其是在实验现场（仪器处于通电状态，拾振器和仪器已连接，当确定是上述3、4、5的问题之一但是不确定具体是哪一个问题时，可将有问题的通道（例如1-5）上的拾振器拆下先接到一个工作正常的通道（例如1-2通道）上，如果正常，说明是1-5通道上的导线或者是通道本身有问题，可用类似的方法（换一根使用正常的导线）进一步排查是导线的问题还是通道本身的问题；如果不正常，说明是拾振器的问题。当发现具体损坏部件时，应立即更换，如果拾振器、导线、测试通道有限而不能更换，则不使用有问题的拾振器|导线|通道，临时改变一下方案，在下一个测试批次中将这一批次中少测的这个点（或几个点）补上。

其次，在“**桥模态竖向原始数据汇总”中新建文件“第二批次数据”。在文件“第二批次数据”中：

运行参数栏参数设置、系统参数栏参数设置

和“第一批次数据”中的设置基本相同，唯一不同的是，在“第二批次数据”中，采样批次设置为“2”

通道参数栏参数设置

通道参数栏、通道子参数栏的设置和“第一批次数据”中的设置完全相同

几何参数栏：

最后，在“**桥模态竖向原始数据汇总”中新建文件“第三批次数据”。在文件“第三批次数据”中：

运行参数栏参数设置

系统参数栏参数设置

和“第一批次数据”中的设置基本相同，唯一不同的是，在“第三批次数据”中，采样批次设置为“3

通道参数栏参数设置

通道参数栏、通道子参数栏的设置和“第一批次数据”中的设置完全相同

几何参数栏：

测试数据应及时备份以防止数据意外丢失。

关于桥梁模态实验数据的后处理步骤、方法等可参考本公司模态专业软件DHMA中的说明书以及帮助文件中关于“不测力法”模块的说明。

附录：桥梁冲击系数说明书

冲击系数说明书

1、冲击系数原理

在桥梁实验中，可根据动力冲击系数的实测值来评价桥梁结构的行车性能，实测冲击系数大则说明桥梁结构的行车性能差，桥面的平整程度不良，反之亦然。桥梁动载实验中，动力荷载作用与桥梁结构上产生的动挠度或动应变，一般

较同样的静荷载所产生的相应的静挠度（静应变）要大。以动挠度为例，动挠度与相应的静挠度的比值称为活荷载的冲击系数（1+μ）。由于挠度反映了桥梁结构的整体变形，是衡量结构刚度的主要指标，因此活载冲击系数综合反映了动力荷载对桥梁结构的动力作用。活载冲击系数与桥梁结构的结构形式、车辆行驶速度、桥梁的平整度等因素有关。为了测定桥梁结构的冲击系数，应使车辆以不同的速度驶过桥梁，逐次记录跨中截面的挠度时程曲线，按照冲击系数的定义有：

Y 1???maxYmean

式中：Ymax----动载作用下该测点最大动挠度值；

Ymean----相应的静载荷作用下该测点最大挠度值，简称最大静挠度值，其

值可由动挠度曲线求得：

Ymean?1(Ymax?Ymin) 2其中Ymin为与Ymean相应的最小挠度值。如图1所示。

图1 移动荷载作用下桥梁动挠度曲线

同理，在动载实验中测试动应变时，产生的冲击系数（1+μ）的计算公式如下：

S1???maxSmean

式中：Smax----动载作用下该测点最大动应变值；

Smean----相应的静载荷作用下该测点最大应变值，其值可由动应变曲线求

得：

Smean?

1(Smax?Smin) 2

其中Smin为与Smean相应的最小应变值。

另外，在测试动应变时程曲线时，由于应变片的贴法的正负极性不同，（一般拉伸作为正，压缩作为负）用户实测的动应变曲线的主峰 （应该怎样命名？？？）很可能往下（为负值），在这种情况下，冲击系数的计算公式不变，但是Smax、Smean、Smin都将有所改变，具体如下：

Smax----动载作用下该测点最大动应变的绝对值； Smean----相应的静载荷作用下该测点最大应变的绝对值； Smin ----与Smean相应的最小动应变的绝对值。

2、操作实例

如图2所示为实测的一条动挠度曲线。

图2 原始曲线

首先，按住“Ctrl”键，在按住鼠标左键对动挠度曲线进行局部放大。设置峰值搜索光标，找到该动挠度时程曲线中的最大值，然后设置双光标，选取分析区域。分析区域的选取原则为：双光标内必须包含整个动挠度时程曲线的最大值，以及与该最大动挠度值相对应的最大静挠度值。一般情况下，与最大动挠度相对应的最大静挠度值对应的点在最大动挠度的两侧的两个谷值之一（毛刺除外）

分析区域选取的合理与否直接决定了冲击系数的结果的正确与否，因此在选

取分析区域前，一定要对整个动挠度（动应变）曲线进行详细的分析，谨慎选取。如图3所示。

图3 分析范围的选取

分析区域选取完毕之后，选择“工程软件|冲击系数（1+μ）计算”，即可计算出冲击系数值，如图4所示。

图4 冲击系数计算

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/saeh.html