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橋梁結構的模態分析是什么?它在橋梁試驗中有何作用?
橋梁結構的模態分析包括計算模態分析和試驗模態分析兩種類型。橋梁結構的計算模態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參數計算分析。橋梁的試驗模態分析就是通過振動測試系統采集振動傳感器的數據,進行模態參數的識別,從而得到橋梁結構的模態振型、自振頻率和阻尼比等參數。需要注意的是橋梁計算模態分析得到的模態參數為振型、自振頻率兩個參數,而試驗模態分析得到的模態參數有振型、自振頻率和阻尼比。
橋梁試驗模態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參數的測試方法,它屬于工作模態分析(Operational Modal Analysis,OMA),也 稱為只有輸出的模態分析。這類模態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。在進行橋梁模態試驗時若傳感器的數量和采集儀通道數受限,可以采用分批測量的方式,通過設置的參考點進行模態的拼接來得到進行橋梁結構的模態分析。
橋梁試驗模態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 通過試驗模態分析與計算模態分析的結果對比,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。橋梁結構的模態振型、模態曲率等參數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參數可用來進行橋梁結構的損傷識別和定位。
(3)橋梁的健康監測 目前國內外特大型橋梁許多已經裝了橋梁健康監測系統,其中振動的監測是其中最重要的內容,通過在線的模態參數識別技術可以實現橋梁健康狀態的監測。
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