以模态分析方法识别铁路桥梁的自振频率.doc

以模态分析方法识别铁路桥梁的自振频率摘要：桥梁的自振频率是研究桥梁结构动力性能的基础，以往的常规测试方法准确度较低。文章通过对比试验分析，论证了采用力锤激励的模态分析方法能够得到比较精确的桥梁自振频率。并简单介绍了地震反应谱。关键词：模态分析混凝土梁自振频率识别地震反应谱中图分类号：文献标识码：AIdentifyNaturalFrequencyofRailwayBridgebyModeAnalysisMethodGengyuanZhang(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,ArchitectureandCivilEngineering2011)Abstract：Naturalfrequencyofbridgeisabasicresearchforthestructureofbridge’sdynamicperformance.Thepastconventionaltestingmethodisinlowaccuracy.Inthisthesis,throughtheanalysisofcontrasttest,it’sprovingthemodeanalysismethodofforce-hammerexcitationcangetmoreaccuratenaturalfrequencyofbridge.Andthenitbrieflyintroducesearthquakeresponsespectrum.Keywords：modeanalysis;concretebridge;identifynaturalfrequency;earthquakeresponsespectrum引言工程地震作用计算理论通过一个多世纪的发展，大致趋于成熟。作为抗震设计理论研究的标志性成就，反应谱理论已经成为抗震设计理论的基石。结构自振特性也是反应谱理论的基础。桥梁横向、竖向自振频率实测值，是表征桥梁动特性、检验桥梁动力性能的重要指标。目前，其测试与分析方法比较繁杂，常见的有普通地脉动法、车辆余振法、跳梁法及模态试验分析法（包括力锤敲击及环境激励两类方法）。应该看到，各种方法均有其特殊的适用条件，也有其关键分析、识别技术。实际运用中如果对结构特性、试验分析方法本身理解不够透彻，机械套用必然会出现这样或那样的问题。因此，用好仪器设备及有关软件，关键在于试验研究人员对结构本身特性的理解以及对动态信号测试与分析理论的掌握程度1识别方法1.1普通地脉动法在结构模态各关键节点处设置拾振点，拾取一段质量较好的、足够长的结构地脉动响应信号，通过各点的自谱看能量分布、通过各点间的互谱分析看它们间的相位关系，从而可以比较粗略地识别出结构振动模态。1.2车辆余振法这也是目前被广泛使用的一类方法。多用于测试梁体的横向、竖向自振频率。主要是依据车辆出桥后结构上某点（通常是跨中、墩顶）的余波衰减信号估算出某阶模态频率与阻尼比。1.3跳梁法这是我国铁路桥梁检定行业在过去常用的一种方法。主要用于刚性较强的小跨度梁竖向频率的测定，即人在跨中的轨枕上突然跳起，落地后根据跨中拾振器的竖向衰减波形得出频率与阻尼比值。1.4模态试验分析法模态试验分析其实质是通过传递函数的测试与分析来识别一个实际结构的动力学模型，优点是可以得到结构多阶振动模态及相应完整的模态参数。因此，对比较复杂的结构，这是一种较好的、能够较精确识别振动模态的好方法，对结构自振频率的评估有很直观、明确的力学意义。2模态分析方法模态分析方法有一下几种：降阶法(reducedhouseholdermethod)：该方法为一般结构最常用的方法之一。其原理是在原结构中选取某些重要的节点为自由度，称为主自由度(masterdegreeoffreedom)，再用该主自由度来定义结构的质量矩阵及刚度矩阵并求出其频率及振动模态，进而将其结果扩展至全部结构。在解题过程中该方法速度较快，但其答案较不准确。主自由度的选择依照所探讨的模态、结构负载的情况而定：a.主自由度的个数至少为所求频率个数的两倍。b.选择主自由度的方向为结构最可能振动的方向。c.主自由度节点位于较大质量或转动惯量处及刚性较低位置。d.如果弯曲模态为主要探讨模态，则可省略旋转自由度。e.主自由度的节点位于施力处或非零位移处。f.位移限制为零的位置不能选为主自由度节点，因为这种节点具有高刚性的特性。可以用M命令来定义主自由度。此外，也可由ANSYS自动选择自由度。次空间法(subspacemethod)：通常用于大型结构中，仅探讨前几个振动频率，所得到结果较准确，不需要定义主自由度，但需要较多的硬盘空间及CPU时间。求取的振动模态数应该小于模