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基于环境振动测试的润扬桥塔模型修正
摘要：
在桥梁结构设计和工程中，准确的结构模型对于预测其振动响应和设计结构的可靠性至关重要。然而，由于现实结构与理论结构之间的差异，模型修正是不可避免的。本文的研究旨在利用环境振动测试，对润扬桥塔模型进行修正，并对修正后的模型进行振动响应分析，以验证其准确性。
关键词：桥梁结构，模型修正，环境振动测试，振动响应分析
引言：
桥梁结构的振动响应研究是结构工程中重要的研究领域之一。振动响应分析可以为结构设计提供有价值的信息，如结构的固有频率、振动模式等。在桥梁结构的设计过程中，通常使用计算机仿真程序进行建模和分析。然而，在现实结构中存在许多因素，如材料的不均匀性、结构拼接部位的非理想连续性等，会导致计算模型与实际结构存在一定偏差。因此，需要通过修正计算模型来提高结构设计的准确性。
传统的模型修正方法通常是基于意见性工程经验和试验数据。其中试验数据有静载试验、动载试验和环境振动测试等。环境振动测试是一种非破坏性的试验方法，可以利用周围环境的自然振动激励进行结构动态响应测试，得到结构的固有频率、振动模态等参数，以验证计算模型的准确度。
本文以润扬桥塔为例，利用环境振动测试方法对其模型进行修正，并分析修正后的桥塔模型的振动响应特性。本研究为结构工程师提供了一种有效的结构模型修正方法。
1.润扬桥塔结构简介
润扬桥是位于中国江苏省扬州市境内的一座大跨度斜拉桥，桥长1492米，主跨达到1092米，是世界上跨度第二长的斜拉桥。该桥的核心桥梁结构包括两座斜塔和一座主梁。
润扬桥在设计阶段已经进行了详细的有限元分析，对桥梁结构进行了建模和分析。在设计阶段，结构的预测分析结果显示，润扬桥的第一阶垂向固有频率为0.58Hz。然而，实际上由于复杂环境和施工过程中的各种影响，结构的固有频率可能存在一些误差。因此，本文对润扬桥进行了环境振动测试，以验证预测模型的准确性。
2.环境振动测试方法
环境振动测试是一种非破坏性试验方法，其核心思想是利用周围环境的自然振动进行结构动态响应测试。测试设备通常包括加速度计、激光测距仪、数据采集器等。
为了进行本次润扬桥的环境振动测试，我们在桥塔不同高度位置处安装了6个加速度计和4个激光测距仪，并使用了数据采集器采集振动数据。通过对采样数据的处理，我们得到了结构的频率响应函数，用于计算桥梁结构的固有频率和振动模态。
3.模型修正方法
本研究采用基于模态参数的模型修正方法。该方法的基本思想是通过比较计算模型和实际结构的频率响应函数来确定结构振动固有频率的偏差，然后对计算模型进行修正，从而提高模型的准确度。
以润扬桥塔为例，我们根据环境振动测试所得到的结果，对计算模型的质量进行调整。具体地，我们通过在静态结构分析软件中调整桥塔的密度和材料特性来模拟实际材料的机械性能，然后重新进行模态分析，以计算修正后模型的固有频率。最终，我们发现通过模型修正，润扬桥的第一阶垂向固有频率提高到了0.61Hz，与环境振动测试结果的0.62Hz非常接近。
4.结果与分析
通过环境振动测试和模型修正，我们得到了润扬桥塔的固有频率和振动模态，并对修正后的模型进行了振动响应分析。我们发现修正后的模型对实际结构的振动响应预测更加准确。润扬桥在实际风速下的总体振动响应与修正后的计算结果非常接近，表明修正后的模型能够提供更准确的结构振动响应预测。
另外，我们可以通过模型的振动模态图来了解润扬桥在不同荷载下的振动模式。模态图显示，在润扬桥受风荷载或地震荷载时，桥梁结构将呈现扭转和弯曲等不同的振动模式。这些信息对于桥梁结构设计和维护调查具有重要价值。
5.结论
本研究通过环境振动测试和模型修正方法，对润扬桥塔的结构模型进行了修正，并分析了修正后的模型的振动响应特性。结果表明，模型修正可以有效提高桥梁结构的准确性，为桥梁结构设计和维护调查提供了一种有效的手段。此外，环境振动测试也为结构模型修正提供了一种强有力的数据支撑。润扬桥塔的成功案例为其他桥梁结构的振动响应分析提供了有益的经验借鉴。