桥梁振动试验
混凝土桥梁的震动测试方法
混凝土桥梁的震动测试方法一、前言混凝土桥梁是现代道路交通的重要组成部分，它们承载着人们的出行和货物的运输。
然而，由于桥梁长期处于恶劣的自然环境中，又承受着车流和风吹雨打等外力的作用，桥梁的结构会逐渐受损，从而影响其使用寿命和安全性。
因此，对混凝土桥梁进行震动测试，及时发现并评估桥梁的结构健康状况，是保证桥梁安全运行的重要手段之一。
二、测试目的混凝土桥梁的震动测试主要是通过对桥梁的自由振动响应和受激振动响应进行分析，获取桥梁结构的固有频率、阻尼比、模态系数等参数，进而评估桥梁的结构健康状况。
具体而言，测试目的包括：1. 确定桥梁的固有频率和阻尼比，评估桥梁的自由振动特性和结构刚度。
2. 确定桥梁的模态系数和阻尼比，评估桥梁的受激振动特性和耐震性能。
3. 通过对比测试数据和设计参数，发现桥梁结构的缺陷和损伤，为桥梁的维修和加固提供参考依据。
三、测试方法混凝土桥梁的震动测试方法主要包括传统测试方法和现代测试方法两种。
传统测试方法主要包括人工激励法和天然激励法；现代测试方法主要包括振动传感器法和激光测振法。
下面分别介绍各种测试方法的具体步骤和注意事项。
1. 人工激励法人工激励法是指通过在桥梁上施加人工激励来产生桥梁的自由振动和受激振动，进而获取桥梁的振动响应数据。
该方法需要在桥梁上设置一定数量的激励点和响应点，通常使用锤击法和车轮法两种方式进行激励。
具体步骤如下：（1）确定激励点和响应点的位置和数量。
激励点通常设置在桥梁的主梁、支座和墩身等位置，响应点通常设置在桥梁的主梁、侧隔板和支座等位置。
激励点和响应点的数量应根据桥梁的尺寸和结构复杂程度而定，一般不少于10个。
（2）施加激励。
使用锤击法时，需要在激励点处用铁锤敲击桥梁，以产生冲击力；使用车轮法时，需要在激励点处用车辆行走，以产生振动力。
注意在施加激励时要保证激励点处的力量均匀和稳定，避免对桥梁结构造成伤害。
（3）记录响应数据。
在施加激励的同时，需要在响应点处安装振动传感器或加速度计，记录桥梁的振动响应数据。
力学桥梁振动实验报告
一、实验目的1. 理解桥梁振动的基本原理和影响因素。
2. 通过实验，验证桥梁振动的理论公式，如固有频率、振型等。
3. 掌握桥梁振动实验的基本操作和数据处理方法。
4. 分析桥梁在不同载荷和结构参数下的振动特性。
二、实验原理桥梁振动是指桥梁在外力作用下发生的周期性运动。
根据振动形式，桥梁振动可分为自由振动和强迫振动。
本实验主要研究桥梁的自由振动。
桥梁的自由振动可以由以下公式描述：\[ m\frac{d^2x}{dt^2} + c\frac{dx}{dt} + kx = 0 \]其中，\( m \) 为桥梁的质量，\( x \) 为桥梁的位移，\( t \) 为时间，\( c \) 为阻尼系数，\( k \) 为桥梁的刚度。
桥梁的固有频率 \( \omega_n \) 可以通过以下公式计算：\[ \omega_n = \sqrt{\frac{k}{m}} \]三、实验设备和仪器1. 桥梁振动实验台2. 力传感器3. 数据采集器4. 激振器5. 激光测距仪6. 振动传感器7. 计算机四、实验步骤1. 搭建实验装置：将桥梁振动实验台安装好，连接好力传感器、数据采集器、激振器、激光测距仪和振动传感器。
2. 调整实验参数：根据实验要求，调整桥梁的初始状态，如初始位移、初始速度等。
3. 激发振动：使用激振器激发桥梁振动，同时记录力传感器和振动传感器的数据。
4. 采集数据：使用数据采集器实时采集力传感器和振动传感器的数据，并存储到计算机中。
5. 数据处理：对采集到的数据进行处理，如滤波、计算固有频率、振型等。
五、实验结果与分析1. 固有频率的测定：通过实验数据，计算桥梁的固有频率，并与理论计算值进行比较。
2. 振型的测定：通过实验数据，绘制桥梁的振型图，分析桥梁在不同频率下的振动模式。
3. 影响因素分析：分析桥梁在不同载荷和结构参数下的振动特性，如桥面质量、阻尼系数、刚度等。
六、结论1. 通过实验，验证了桥梁振动的理论公式，并计算出桥梁的固有频率和振型。
力学实验-桥梁振动研究实验
力学实验-桥梁振动研究实验Pasco 系统是Pasco Scientific公司（美国）开发的一套基于计算机的科学实验系统。
它的主要优点是实验数据的采集和处理都是由计算机来完成的，这使得实验者进行实验时，在保证实验数据准确、完成的前提下，可以很方便地获取实验数据，并可以以图表、表格等良好形式将实验数据输出。
【实验目的】1．熟悉Pasco科学实验系统，学会相关软件的使用2．学会使用ME-7003大结构单元搭建各种结构。
3．通过负载单元测量框架结构各部分的受力情况并进行分析。
4. 观察桥梁振动情况并利用负载单元测量桥梁的共振频率。
【实验原理】1．静力学静力学是研究物体的平衡或力系的平衡的规律的力学分支。
静力学一词是P·伐里农1725年引入的。
按照研究方法，静力学分为分析静力学和几何静力学。
分析静力学研究任意质点系的平衡问题，给出质点系平衡的充分必要条件。
几何静力学主要研究刚体的平衡规律，得出刚体平衡的充分必要条件，又称刚体静力学。
几何静力学从静力学公理（包括二力平衡公理，增减平衡力系公理，力的平行四边形法则，作用和反作用定律，刚化公理）出发，通过推理得出平衡力系应满足的条件，即平衡条件；用数学方程表示，就构成平衡方程。
静力学中关于力系简化和物体受力分析的结论，也可应用于动力学。
借助达朗贝尔原理，可将动力学问题化为静力学问题的形式。
静力学是材料力学和其他各种工程力学的基础，在土建工程和机械设计中有广泛的应用。
静力学是力学的一个分支，它主要研究物体在力的作用下处于平衡的规律，以及如何建立各种力系的平衡条件。
平衡是物体机械运动的特殊形式，严格地说，物体相对于惯性参照系处于静止或作匀速直线运动的状态，即加速度为零的状态都称为平衡。
对于一般工程问题，平衡状态是以地球为参照系确定的。
静力学还研究力系的简化和物体受力分析的基本方法。
静力学相关公理：（1）力的平行四边形法则作用在物体上同一点的两个力，可合成一个合力，合力的作用点仍在该点，其大小和方向由以此两力为边构成的平行四边形的对角线确定，即合力等于分力的矢量和。
第四章 桥梁振动试验
第四章桥梁振动试验4.1概述振动是设计承受动荷载的工程结构必须研究的问题，桥梁不仅要研究由车辆移动荷载引起的振动，还要研究桥梁结构本身的抗震、抗风性能和能力。
随着结构计算、施工技术和建筑材料等方面科技水平的不断进步，桥梁的跨度越来越大，因此对桥梁振动性能的研究分析提出了更高的要求。
桥梁振动试验可以求的基本问题可以归类为三种：桥梁振源、桥梁自振特性和结构动力反应。
桥梁振源的测定一般包括对能引起桥梁振动的风、地震和车辆振动等振动荷载的测定。
桥梁自振特性是桥梁结构的固有特性，也是桥梁振动试验中最基本的测试内容。
车辆、风和地震等外荷载作用下桥梁结构动力反应的测定是评价桥梁结构动力性能的基本内容之一。
传统的结构动力学方法，根据力学原理建立结构的数学模型，然后由已知振源（输入力或运动）去求所需要的动态响应。
这种方法至少有两方面的问题难以完善：一是阻尼系数只能凭假定设置；其次是计算图式和设计图式与实际结构之间的差异。
振动试验已经发展起来的参数识别与模态分析技术，是改善理论计算不足的有力手段。
它的基本做法是，利用已知（或未知）输入力对结构激振，用仪器测得结构的输出响应，然后通过输入、输出的关系（或仅输出）求取结构的数学模型，使更接近于结构的实际情况。
振动试验作为一门独立的工程振动学科，解决了许多理论计算上无法解决的实际问题，我国从1976年唐山地震后滦河大桥的抗震试验开始，各高校、科研单位先后对许多实桥和模型桥做过振动试验，特别是近年来对新建的一些大跨度桥梁进行施工阶段和运营阶段的振动试验，许多实测数据已直接为桥梁结构的振动分析、抗震抗风研究所利用。
4.2桥梁自振特性参数测定测定桥梁自振特性参数是桥梁振动试验的基本内容，要研究桥梁结构的抗震、抗风或抗其它动荷载的性能和能力必须了解桥梁结构的自振特性。
自振特性参数，也称动力特性参数和振动模态参数，主要包括结构的自振频率(自振周期)、阻尼比和振型等，是由结构形式、材料性能等结构固有的特性决定，与外荷载无关。
桥梁设计中的桥梁振动分析
桥梁设计中的桥梁振动分析桥梁是连接两个陆地或建筑物的重要工程构筑物，是现代社会交通的重要组成部分。
在桥梁设计中，桥梁振动分析被广泛运用，它能帮助工程师了解桥梁在使用过程中的动态行为，为确保桥梁的安全性提供重要参考。
本文将探讨桥梁振动分析的相关内容。
桥梁振动分析是一种研究桥梁结构在受到外部荷载或内部因素作用下的振动特性的方法。
桥梁振动分析可以分为静态与动态两种情况。
首先，静态振动分析主要研究桥梁结构在受到静力荷载作用后的变形和应力分布情况。
在桥梁设计中，静态振动分析可用于确定桥梁在静态荷载作用下的结构安全性。
通过对桥梁的静态振动分析，工程师可以评估桥梁在正常使用情况下的结构稳定性，并制定相应的施工方案和荷载限值。
接下来，动态振动分析主要研究桥梁结构在受到动态荷载作用时的振动特性。
桥梁结构在受到行车、行人以及风等外部荷载作用时，会出现不同频率和振幅的振动。
动态振动分析可以帮助工程师了解桥梁结构在受到外部荷载时的动态响应情况，进而评估桥梁的稳定性和安全性。
此外，在桥梁设计中，还需要考虑到桥梁的自振频率以及自激振动的影响。
通过动态振动分析，可以确定桥梁的自振频率，并采取相应的措施来避免自激振动的发生，从而保证桥梁的安全运行。
在桥梁振动分析中，还需要考虑到桥梁结构的材料和几何属性对振动特性的影响。
桥梁结构的材料特性包括弹性模量、密度以及阻尼比等。
这些参数会影响桥梁的振动频率、振幅以及能量耗散情况。
此外，桥梁的几何属性，如跨度、梁高、刚度等，也会对桥梁的振动特性产生重要影响。
工程师需要充分考虑这些因素，通过合理的材料选择和几何设计，来提高桥梁的振动特性。
当前，随着科技的进步，桥梁振动分析的方法也在不断发展。
传统的桥梁振动分析方法主要基于有限元分析技术，通过数值模拟来研究桥梁的振动特性。
但是，传统方法存在计算量大、模型复杂、求解耗时等问题。
近年来，随着计算机技术和数学方法的发展，人工智能、数据挖掘等新技术在桥梁振动分析领域得到了应用。
桥梁振动分析测试与识别
桥梁振动分析测试与识别摘要：模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
本文通过试验模态分析对桥梁的振动进行了识别，并详细阐述了试验的方法与过程。
关键词：模态分析；桥梁振动测试1 前言模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
工程实际中的振动系统都是连续弹性体，其质量与刚度具有分析的性质，只有掌握无限多个点在每瞬时的运动情况，才能全面描述系统的振动。
因此，理论上它们都属于无限个自由度的系统，需要用连续模型才能加以描述。
2 试验原理与方法2.1试验原理单自由度的频响分析大体步骤为：单自由度：固有频率→阻尼→刚度→质量。
多自由度的频响分析大体步骤为：固有频率→阻尼→模态振型→刚度→质量模态分析通常采用简化方法，将无限自由度的系统归结为有限自由度的模型来进行分析，即将系统抽象为一些集中质量块和弹性元件组成的模型。
经离散化后，一个结构的动态特性可由N阶矩阵微分方程描述：（1）其中、、分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵。
对（1）式进行拉普拉斯变换（拉式变换是一个线性变换，可将一个因数为实数t（t≥0）的函数转换为一个因数为复数s的函数。
响应的拉普拉斯变换X就等于激励的拉普拉斯变换F与传递函数H的乘积后得到：（2）其中为频率响应函数矩阵，（3）式中，，，为第r阶模态质量，为第r阶模态刚度，为第r阶模态阻尼比，为第r阶模态振型。
（1）频响函数矩阵[H]任一行为：（4）可见[H]中的任一行即包含所有模态参数，如果在结构上某一固定点i点拾振，轮流地激励所有的点，即可求得[H]中的一行，这一行频响函数即可包含进行模态分析所需要的全部信息。
（2）频响函数矩阵[H]任一列为（5）2.2试验方法以上两种分析分别对应着一种方法，单点拾振法：一点拾振，各点激励；单点激励法：一点激励，各点拾振。
桥梁结构动态特性检测方案振动测试技术探索
桥梁结构动态特性检测方案振动测试技术探索作为交通运输的重要组成部分，桥梁的安全性和可靠性一直备受关注。
随着时间的推移，桥梁会受到自然力的影响而发生磨损和损坏，甚至可能导致结构的倒塌。
因此，及时检测桥梁的动态特性，特别是振动状态，对于保障桥梁的安全至关重要。
本文将探讨一种桥梁结构动态特性检测方案，即振动测试技术，以揭示其在桥梁工程中的应用前景。
一、引言桥梁结构的振动测试是通过测量桥梁在外部激励下的振动响应，来分析结构的自然频率、模态形态和振动特性的一种方法。
通过振动测试，可以获得桥梁结构的基本动态参数，进而评估桥梁的结构健康状况。
振动测试技术已经在桥梁工程中得到了广泛应用，为桥梁维护保养和结构优化提供了有效手段。
二、桥梁振动测试技术原理1. 加速度传感器振动测试中常用的传感器是加速度传感器，通过测量加速度信号来获取结构的振动状态。
加速度传感器可以将加速度转换为电信号，并通过数据采集系统记录。
这种传感器具有体积小、测量范围广等优点，在桥梁振动测试中应用广泛。
2. 数据采集系统数据采集系统是振动测试中的关键部分，负责采集传感器的信号并将其转换为数字信号进行处理和分析。
数据采集系统应具备高采样率、大存储容量和数据传输功能，以满足测试的需求。
同时，系统的稳定性和准确性也是评价其性能的重要指标。
三、桥梁振动测试方案1. 测试计划设计在进行桥梁振动测试前，应制定详细的测试计划。
测试计划需要包括测试的时间、地点、测试参数等内容，并根据桥梁的特点和要求确定测试方案。
同时，还需要合理安排测试设备和人员，确保测试工作的顺利进行。
2. 测试前准备工作在进行振动测试前，需要进行充分的准备工作。
首先，对桥梁的结构进行全面检查，以保证测试过程的安全。
然后，根据测试计划设置好传感器和数据采集系统，并进行校准和调试。
此外，还需要保证测试现场的环境条件适宜，以减少外界干扰对测试结果的影响。
3. 振动测试实施振动测试的实施需要按照测试计划进行。
力学实验-桥梁振动研究实验
力学实验-桥梁振动研究实验Pasco 系统是Pasco Scientific公司（美国）开发的一套基于计算机的科学实验系统。
它的主要优点是实验数据的采集和处理都是由计算机来完成的，这使得实验者进行实验时，在保证实验数据准确、完成的前提下，可以很方便地获取实验数据，并可以以图表、表格等良好形式将实验数据输出。
【实验目的】1．熟悉Pasco科学实验系统，学会相关软件的使用2．学会使用ME-7003大结构单元搭建各种结构。
3．通过负载单元测量框架结构各部分的受力情况并进行分析。
4. 观察桥梁振动情况并利用负载单元测量桥梁的共振频率。
【实验原理】1．静力学静力学是研究物体的平衡或力系的平衡的规律的力学分支。
静力学一词是P·伐里农1725年引入的。
按照研究方法，静力学分为分析静力学和几何静力学。
分析静力学研究任意质点系的平衡问题，给出质点系平衡的充分必要条件。
几何静力学主要研究刚体的平衡规律，得出刚体平衡的充分必要条件，又称刚体静力学。
几何静力学从静力学公理（包括二力平衡公理，增减平衡力系公理，力的平行四边形法则，作用和反作用定律，刚化公理）出发，通过推理得出平衡力系应满足的条件，即平衡条件；用数学方程表示，就构成平衡方程。
静力学中关于力系简化和物体受力分析的结论，也可应用于动力学。
借助达朗贝尔原理，可将动力学问题化为静力学问题的形式。
静力学是材料力学和其他各种工程力学的基础，在土建工程和机械设计中有广泛的应用。
静力学是力学的一个分支，它主要研究物体在力的作用下处于平衡的规律，以及如何建立各种力系的平衡条件。
平衡是物体机械运动的特殊形式，严格地说，物体相对于惯性参照系处于静止或作匀速直线运动的状态，即加速度为零的状态都称为平衡。
对于一般工程问题，平衡状态是以地球为参照系确定的。
静力学还研究力系的简化和物体受力分析的基本方法。
静力学相关公理：（1）力的平行四边形法则作用在物体上同一点的两个力，可合成一个合力，合力的作用点仍在该点，其大小和方向由以此两力为边构成的平行四边形的对角线确定，即合力等于分力的矢量和。
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记录仪器
第四章 桥梁振动试验
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自由振动衰减法
自由振动衰减法的激励
第四章 桥梁振动试验
用用车突辆释激法励水平激励 用枕木竖向、侧向卷扬激机励
桥墩
断裂器 桥面
用自制土火箭对桩基进行激励 Vasto da gama桥自由振动激振
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自由振动衰减法—求阻尼比公式
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第四章 桥梁振动试验
强迫振动法 大大型型水激振平器激振器：
第四章 桥梁振动试验
空气筒
输气管 空气罐
质量块
从动轮
减速机 驱动轮
盘型制动器 伺服电机
驱动轮
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第四章 桥梁振动试验
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第四章 桥梁振动试验
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第四章 桥梁振动试验
强迫振动法
半功率带宽法求阻尼比
1.测出共振曲线
（扫描、绘制振幅-频率曲线）
2.确定半功率带宽
3.计算阻尼比：
1 2f
( f2
f1)
f 2f
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强迫振动法—悬臂梁振型确定
1.布置激振力和测点
2.测出某共振频率时各 测点振动曲线
3.量出各测点振幅
f=5.889Hz ζ=0.008
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桥梁结构基本振型
强迫振动法 (共振法)
利用激振器械对结构进行连续正弦扫描，根据共振效应，当扫 描频率与结构的某一固有频率相一致时，结构振幅会明显增大， 用仪器测出这一过程，绘出频率—幅值曲线(共振曲线)，通过 曲线可以得到结构的自振特性参数。
自由振动衰减法测振仪器配套框图：
控制仪器 激振器 桥梁结构 拾振器 测振放大器 记录仪器
ynm 阻尼比：
2m
yn
ynm
m5
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第四章 桥梁振动试验
强迫振动法 (共振法)
动力放大系数：
[(1源自u2)
(2u)
2
]
1 2
第四章 桥梁振动试验
β
4
D0
3
2
D 0.2
1
D 0.5
D 1 D 0.7
0
0
1
2
u
3
4
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4.判别各测点相位
（0 - π - 2π)
5.振幅归一化处理，画 振型曲线
5.
4.
A5
A4
3.
2.
1.
激振
A3
A2
A1
第四章 桥梁振动试验
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桥梁结构基本振型
简单桥梁结构振型
第四章 桥梁振动试验
简支梁
悬臂梁
其他梁式桥，如悬臂梁、连续梁等振型基本相同。
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第四章 桥梁振动试验
桥梁自振特性测定 桥梁动力响应测试 桥梁振动试验实例 实验和现场教学
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第四章 桥梁振动试验
概述
桥梁振源: 对引起桥梁振动的风、地震和车辆振动等
振动源（或荷载）的测定。
自振特性: 桥梁自振特性是桥梁结构的固有特性，也
是桥梁振动试验中最基本的测试内容。
动力反应:
yn Aetn sin( tn )
ynm
Ae
(tn
2m
)
sin[
(tn
2m
) ]
yn
m
e e2m
ynm
因： 1 2 当 很小时,
取对数： ln yn 2m
桥梁振源测定
所有引起桥梁振动的外荷载：
• 风荷载（风速、环境风场等）测定 • 地震荷载（震级、加速度等）测定 • 车辆荷载（载重、速度等）测定
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第四章 桥梁振动试验
桥梁自振特性参数测定
桥梁结构自振特性是研究桥梁结构抗震、抗风或抗其他动荷载 的性能和能力的基础。 自振特性参数（动力特性参数、振动模态参数）主要三个参数： 结构自振频率、阻尼比和振型。 它们都由结构形式、建筑材料性能等结构所固有的特性所决定， 与外荷载无关。
第四章 桥梁振动试验
桥梁结构基本振型
三跨连续梁桥结构振型
f=1.641 Hz ζ=0.0139
f=3.369 Hz ζ=0.0077
f=4.190 Hz ζ=0.0110
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第四章 桥梁振动试验
桥梁结构基本振型
四跨简支变连续梁桥结构振型
f=1.699Hz ζ=0.0130 f=2.344Hz ζ=0.0112 f=2.783Hz ζ=0.0101 f=3.164Hz ζ=0.0128 f=3.955Hz ζ=0.0082
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第四章 桥梁振动试验
桥梁结构基本振型
五 跨 连 续 梁 桥 结 构 振 型
f=0.674Hz ζ=0.028 f=1.055Hz ζ=0.025 f=1.406Hz ζ=0.014
f=2.051Hz ζ=0.016
f=2.754Hz ζ=0.012 f=3.721Hz ζ=0.013
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第四章 桥梁振动试验
桥梁自振特性参数测定
自由振动衰减法 强迫振动法 (共振法) 环境随机振动法
｝｛
频率 阻尼比 振型
第四章 桥梁振动试验
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桥梁自振特性参数
自由振动运动方程（ p(t) 0 ）：
my(t) cy(t) ky(t) 0
y Aexp(t) sin( 1 t )
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第四章 桥梁振动试验
自由振动衰减法
给结构一个初位移或初速度使结构产生振动，测结构的 自由振动衰减曲线。通过对该曲线的分析处理可以得到 结构自振特性参数。
自由振动衰减法测振仪器配套框图：
激振力
桥梁结构
拾振器
测振放大器
车辆、风和地震等外荷载作用下桥梁结构 动力反应的测定是评价桥梁结构动力性能 的基本内容之一。
第四章 桥梁振动试验
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概述
试验与传统结构动力学分析之间的关系
计算： (已知)
(计算或假定)
振源
结构
试验： (已知或未知) (实测求得)
(求得)
响应
(实测)
第四章 桥梁振动试验
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频率：
k / m 2 2f
f 1 k
2 m
阻尼比：
c / m 2 cc 2m
c c cc 2m
振型： y Y
Tn my Tn mY Tn mnYn
kc
m
第四章 桥梁振动试验
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自由振动衰减法 自由振动运动方程： my(t) cy(t) ky(t) 0