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1、探讨报告简本桥梁振动测试技术及其在检测中的应用报 告 简 本“桥梁振动测试技术及其在检测中的应用”是交通部西部建设科技项目。该项目由交通部组织，项目担当单位为招商局重庆交通科研设计院有限公司，大连理工高校，重庆市马路局等科研院所和高等院校。该项目于2004年启动，于2009年4月全面完成。本项目主要是针对桥梁振动测试和快速评定等问题和当前桥梁管养的需求提出来的，对桥梁结构振动测试技术及其在桥梁检测中的应用开展较系统的探讨，重点探讨如何测得准的问题，以及测试结果如何应用的问题，即结合其它检测方法，对桥梁结构的技术状况和承载实力的综合评定进行补充和完善。通过本项目的开展和依托工程的详细实施，形成基
2、于振动测试的桥梁检测成套技术，为桥梁的维护、修理、改造和加固供应必要的技术支持，为相关检测规范的修订供应相应的技术支撑，弥补国内外在这方面探讨的不足，具有重大的工程应用价值和探讨意义。一、探讨目标和主要探讨内容针对中小跨度梁桥，适当兼顾中小跨度拱桥，进行桥梁振动测试调研、理论分析、试验探讨和依托工程实施。目以桥梁振动测试技术及其在检测中的应用探讨作为本项目探讨目的，重点解决测什么、如何测得准、测试结果怎么应用的问题以及如何精确、快速地对桥梁技术状况和承载力做出快速而精确的评定作为本项目的探讨核心。主要分为五个专题绽开探讨工作，分别是： 1.不中断或少中断交通状态下桥梁振动测试和模态参数识别技术
3、探讨；2.面对测试的桥梁结构有限元建模和分析技术探讨；3.桥梁结构的损伤敏感性指标体系探讨；4.基于振动测试结果的桥梁状态评估技术探讨；5.桥梁振动测试技术指南编写。各个专题均圆满完成了探讨任务，并形成了相应的专题探讨报告。在五个探讨报告的基础上形成了项目技术总报告。专题探讨一主要解决在现场测试中，主要测试什么，如何精确地测试各个物理量等问题。旨在确定一套能够在现场桥梁测试中应用效果较好的传感器优化布设技术，并针对各类型梁桥提出一般的传感器方案；针对不中断或少中断交通状态下的桥梁环境振动激励方法与桥梁振动系统识别方法；桥梁振动测试与分析处理的研制与开发，使以上探讨成果更具有可操作性，易于推广和
4、应用。可以依据桥梁振动测试技术指南在指南基本要求的范围内快速、简便的进行桥梁振动测试，为桥梁大面积的快速普查奠定必要的技术基础。专题探讨二主要解决“如何有效地利用测试结果”。主要针对已建桥梁有限元模型修正的关键问题，结合当前模型修正探讨领域最新成果开展深化探讨，建立便利于实际桥梁工程结构模型修正方法，为实现桥梁结构快速检测、评估供应理论和技术支持。专题探讨三主要解决“如何有效地利用测试结果”。主要是开展一些探究性的探讨工作，尝试用准静态影响线对桥梁结构进行损伤识别；总结国内外桥梁结构损伤敏感性指标方面的探讨成果和应用状况；探讨对桥梁结构损伤较为敏感的指标体系。专题探讨四主要解决“如何精确、快速
5、地对桥梁技术状况和承载实力评定 ”。本专题旨在对基于振动检测结果的桥梁技术状况技术进招商局重庆交通科研设计院有限公司大连理工高校 重庆市马路局 1行探究性探讨，重点放在解决快速的初步评估方法的探讨上，为桥梁结构大面积的快速普查奠定必要的技术基础，为桥梁振动测试技术指南的编写供应依据。专题五主要是进一步丰富和完善现有桥梁检测评定体系，编制桥梁振动测试指南。图1 各专题之间的探讨关系各专题之间的探讨关系如图1所示。专题一和专题二是本项目的探讨基础，为其它专题供应所须要的基本数据和手段，以及如何利用这些数据进行精细有限元模型建模和分析；专题三是利用前两个专题的测试数据和有限元分析技术来探讨桥梁结构的
6、损伤敏感性指标，为桥梁结构的评定供应依据；专题四是利用前三个专题和专题五的探讨成果，建立桥梁承载力快速评定方法；专题五是在总结本项目的探讨成果和当前振动测试既有探讨成果的基础之上，编制桥梁结构振动测试技术指南，并为桥梁技术状况和承载力快速评定的建立供应参考。二、主要探讨成果经过本项目的探讨攻关，完成了合同规定的全部探讨内容，还超额完成了某些探讨课题，使探讨成果形成理论技术体系。取得的主要成果体现如下：通过本项目的探讨实施，取得了以下主要探讨成果：（1）探讨报告1) 桥梁振动测试技术及其在检测中的应用探讨技术总报告2) 专题探讨报告之一：不中断或少中断交通状态下桥梁振动测试和模态参数识别技术探讨
7、报告3) 专题探讨报告之二：面对测试的桥梁结构有限元建模和分析技术探讨报告4) 专题探讨报告之三：桥梁结构的损伤敏感性指标体系探讨报告5) 专题探讨报告之四：基于振动测试结果的桥梁状态评估技术探讨报告6) 专题探讨报告之五：桥梁振动测试与分析处理系统研制报告报告7) 专题探讨报告之六：桥梁振动测试技术指南8) 桥梁振动测试技术及其在检测中的应用探讨工作报告（2）专利：2项。（3）软硬件系统开发：2套。（4）人才培育及论文发表结合本项目探讨，共培育探讨生12名，其中博士探讨生3名，硕士探讨生9名，发表论文16篇。三、主要创新成果本项目在桥梁振动测试技术理论、应用技术和软硬件分析系统开发等方面取得
8、了一系列的创新性工作。创新点一：提出了基于影响线的有限元模型修正技术本项目首次提出了基于影响线的有限元模型修正方法，并在此基础之上，还提出基于影响线和振动频率的动静多目标有限元模型修正方法，并在实桥中得到胜利运用，为桥梁评定或快速评定供应了有力的工具。创新点二：建立了基于影响线的桥梁结构损伤敏感性指标体系本项目首次提出了基于影响线及其一、二阶位置灵敏度的桥梁结构损伤识别方法，并发觉了挠度（应变）影响线的二阶位置导数和影响线的相关度向量对损伤较为敏感，并在室内模型和实桥中得到胜利运用；揭示了准静态挠度（应变）影响线对加载位置的一、二阶灵敏度与某点处变形率、变形加速度之间的变更关系；特殊是当加载速
9、度为常数时，准静态挠度（应变）影响线对加载位置的二阶灵敏与该点处的变形加速率成线性变更关系，即；为桥梁损伤敏感性探讨供应了牢靠的敏感性指标。创新点三：建立了基于实测准静态广义影响线的桥梁承载力快速评定方法本项目首次提出了一套完整的基于实测准静态广义影响线的桥梁快速检测与评定方法，并在实桥中取得了良好的效果。其中基于实测准静态广义影响线的评定方法主要包括：(1) 基于实测准静态广义影响线的干脆对比评定法；(2) 基于实测准静态广义影响线的模型修正评定法。基于准静态广义影响线的桥梁承载力快速评定框图见图2所示。 第一种评定方法是基于准静态广义影响线的干脆检算评定法，该方法主要是依据结构的载荷等级和
10、布载车道，进行跑车试验，获得相应的广义影响线，并用实测的影响线代替计算影响线对桥梁结构进行干脆检算和桥梁评定。但需留意桥梁结构较为困难时，实测准静态广义影响线难以精确计算恒载作用下的响应，该方法不能采纳。一般状况下，对于中小跨度直梁桥，该方法可以采纳。图2 基于准静态广义影响线的桥梁结构承载力快速评估流程图其次种即干脆对比评定法干脆，该方法又分别为两类：干脆比较评定法和干脆组合评定。干脆比较评定方法是在现状检查、简洁检测以及检算结果的基础之上，通过跑车试验获得实测的桥梁结构准静态广义影响线，同时采纳有限元方法模拟跑车试验过程，得到计算的准静态广义影响线并和实测的准静态广义影响线进行对比分析，依
11、据对比状况干脆进行评定。而干脆组合评定方法是用实测的准静态广义影响线对桥梁结构进行检算，依据确定的荷载等级和布载车道，进行跑车试验，获得相应的广义影响线，然后将其依据静载试验方案进行组合，用组合值与荷载试验的理论限制值进行干脆对比分析来快速评定桥梁的承载能。第三种评定方法是用实测的准静态广义影响线数据来修正有限元模型，然后用修正后的有限元模型来预料结构的响应状况并对桥梁结构进行评价，即模型修正评定法；若通过上述评定方法评定桥梁的技术状况后还存在肯定的疑问，没有十足的把握，则须要实行进一步的特殊检查或静力荷载试验等检测方法。该体系丰富和完善了现有的桥梁检测评定体系，也为不中断或少中断交通的桥梁结
12、构快速评定的探讨供应一条可行的思路和方法。创新点四：随机子空间法中块Hankel矩阵QR分解的快速算法本项目提出了一种特地针对该类型的块Hankel矩阵的QR分解算法，仅计算R矩阵，比通用的QR分解算法相比，计算精度特别接近，在计算效率上有显著提高。好用技术一：传感器优化布设的一种统一方法对桥梁振动测试测点优化布设开展了较系统探讨，提出了传感器优化布设的一种统一方法，该算法可以实现一次传感器布置，同时测试前几阶模态的目的，并给出了常见梁桥的前几阶模态参数测试的传感器参考布设方案。好用技术二：高精度的短索索力识别方法本项目提出了高精度的短拉索索力识别方法，并开发了同时适合长索和短索的索力识别分析
13、软件，在成桥试验或施工监控中的索力识别取得了很好的效果。好用技术三：万向无级调力调频起振机自主研制了桥梁振动测试万向无级调力调频起振机，结构紧凑，传动牢靠，调整简洁，具有随意变更激振力大小及方向和激振频率特别简洁调整等特点，获国家专利1项。图3 万向无级调力调频起振机好用技术四：影响线快速测试系统自主研制了一套影响线快速测试系统，只需荷载车辆沿着车道缓慢通过全桥即可完成影响线的测试和绘制，整个过程自动化程度高，极大缩短了影响线测试时间，大大提高了影响线测试的效率和精度。其中桥梁振动测试用的车辆位置定位仪，获国家专利1项。图4 影响线快速测试系统好用技术五：桥梁振动测试与分析系统自主研制了桥梁振
14、动测试与分析系统，该系统结合桥梁振动测试的详细要求，是一套经济好用的、具有自主学问产权的桥梁振动测试分析系统，主要包括振动信号同步采集、信号处理和结构模态分析等功能，信号分析处理的精度和效率和国外最先进的分析系统相当。图5 桥梁振动测试与分析处理系统好用技术六：面对测试的桥梁结构有限元分析与模型修正软件自主研制了具有自主版权、操作性强、满意规范和指南要求的面对测试对象的桥梁结构有限元分析与模型修正系统，除了具有常规有限元软件的功能，该系统还具有如下特点：(1) 可以实现参数化建模，程序系统模板中的构件定义构成了一个以限制参数为对象的层次性结构，参数数值可以被用户修改, 而其几何形态也做出相应的
15、调整，最终通过参数化建模简化桥梁结构建模过程；(2) 可以充分利用实测数据对有限元模型进行修正；(3) 可以实现和当前的桥梁评定等相关规范或指南相结合。图6 面对测试的桥梁结构有限元分析与模型修正软件好用技术七：编写了首部桥梁振动测试技术指南编写了首部桥梁振动测试技术指南，该指南可操作性强，系统地总结了桥梁振动测试技术的探讨成果，为桥梁结构供应了统一的动力检测与评定方法，尤其是为不中断或少中断交通的桥梁结构快速评定供应详细的方法，该指南具有系统完善、技术上可行、操作便利等特点。三、经济社会效益及推广应用前景本项目探讨成果创新点多、好用性强，形成了包括振动测试、计算分析、快速评定等内容的成套的、先进的、好用的桥梁振动测试技术和评估技术，提高了桥梁振动测试和评定的技术水平，丰富和完善了现有桥梁检测和评估技术体系，上述探讨成果填补了国内外在桥梁结构技术状况普查、承载实力快速评价领域多项空白，总体上达到了国际领先水平。为桥梁常规检查、桥梁结构快速普查等供应了有力的工具和指南，也为不中断交通或少中断交通供应新的途径和思路，这些技术成果为今后进一步开展这方面的科研工作打下良好的基础，有力地促进了科技进步。“桥梁振动测试技术及其在检测中的应用”项目的相关科研成果具有良好的推广应用前景。其中基于准静态
