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V0705116.42611-131V0705222.299521-211V0705322.51531-321V0705415.791541-441V0705518.342351-551V0705619.204161-661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V0705116.42611-132V0705222.299521-272V0705322.51531-382V0705415.791541-492V0705518.342351-5102V0705619.204161-6112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V0705116.42611-133V0705222.299521-2123V0705322.51531-3133V0705415.791541-4143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