复习的动力

复习的动力（共5篇）

复习的动力 篇1

1 测试方法及技术

土层动力学参数测试技术分为剪切波速测试和地脉动测试, 这里将主要介绍前者提供的地层波速和动剪、动弹模。

剪切波速测试技术 (主要在钻孔中进行) 又分单孔法和跨孔法。近年来发展的瑞雷波测试技术也可以在地面上进行, 但还处于实验阶段。目前我国常用单孔法测试技术。单孔法测试技术就是把井中三分量检波器放在孔中自下而上提升检波器的探头, 并在地面距井口约五米处放置一块木板, 沿木板纵轴线水平敲击板端, 这样就有地震波传到孔中, 从而被检波器所接收, 然后通过电缆线传回地面控制仪器并接收其振动信号。左、右锤击木板同时得到正反两向的记录波形图。如图1 (某工地波速测试原始记录图, GJY-1型地震记录仪数据采集) 。

2 资料整理与解释

由实测波形记录图, 按左右锤击分水平方向X轴、Y轴, 垂直方向Z轴, 分开整理同-方向, 左击或右击自下而上的波形记录图。这项工作是靠仪器的内部指令, 或由计算机自动完成的。如图2是某工地水平X方向整理后的波形记录图。

根据波形记录图, 解释人员对波形的初至及相位进行了初步地分析判断, 保证正确完整的记录。根据水平方向检波器正、反向的波形记录, 确定剪切波振源到每一测点的初至时间。目前已经可以运用计算机自动读取初至时间, 按下式计算波的传播时间。

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式中:t——波的传播时间, 单位为s;H——测点深度, 单位为m;D——震源中心点至测试孔水平距离, 单位为m;t′——由震源到检测点的传播初至时间, 单位为s。

以深度H为纵座标, 以时间t为横座标, 绘制时距曲线, 根据时距曲线的不同斜率线段, 并结合地层的实际情况计算地层的剪切波速度。

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式中:Vs——底层剪切波速, 单位m/s。

ΔH——地层厚度, 单位为m。

Δt——对应△H的剪切波速传播时间差。

上述过程, 可以把记录的全部波形数据输入到计算机中, 由计算机自动绘制时距曲线, 自动求取地层剪切波的速度等。完成上述工作后, 根据任务的要求绘制波速测试工作布置图, 钻孔波速测试成果图 (横坐标、纵座标、深度、地层名称、测试深度、剪切波速、动剪切模量、动弹性模量、地层柱状图等) 。

3 计算机自动读取初至方法

人工从打印出来的记录波形图中量取初至, 或从屏幕移动光标中读取初至, 往往会造成不同程度的人为误差。

在各种数据采集仪都可以把采集的数据输入到计算机中, 或由计算机控制数据的采集。根据工作的需要我们开发出一套计算机自动读取初至的方法。并应用于实际操作, 这大大提高了工作效益和数据解释精度。其判别方法如下:

(1) 振幅识别。

研究表明, 在地震道时间序列中 (X1, X2, X3, ……X1……) 相邻采样值之间符合标准正态分布规律。用标准离差来衡量是否是有效信号:

undefined如果标准离差在一定范围之外, 那就不属于有效讯号;如果在一定范围之内, 那就属于有效讯号, 则可以进行下一步地判别。

(2) 延续性识别。

有效讯号有一定的延续性, 因此取有效讯号事情脉冲的前四个采样值, 判断它们是否是相同的符号, 如果是相同的符号, 则进一步认为是有效讯号, 否则, 则不是有效讯号。

(3) 讯号的形态识别。

观察地震的连续记录讯号表明, 有效讯号前半峰值往往小于它的第二半峰值。因此取有效讯号的第-个半周期上连续四个采样值和第二个半周期的四个采样值作比较, 如果前者幅值小于后者的幅值则通过, 反之, 则不通过。

(4) 脉冲预测。

根据勃郎斯威最小二乘预测原理进行判断。其实就是利用讯号到达之前的纯噪声段计算出预测因子h (t) , 对随后即将到来的讯号进行预测。如果随后到来的讯号是噪声, 那么二者的误差不大, 预测就成功。由于有效讯号与噪声是截然不同的两种讯号, 因此利用噪声段计算出的预测因子去预测随后到来的有效讯号事情, 二者的误差较大, 预测就失败, 由此判断其是无效讯事情。

由上述四个判别步骤确定的有效讯事情, 只是对各道进行了单独地判读, 而真正的初至时间尚且需要进一步地确定。确定方法是求出各道第一拐点时间ts, 然后将拐点时间ts与有效讯号时间to之差△t。求其平均值△t, 将各道拐点时间减去平均时差即为各道的正确初至时间。对于记录有严重干扰或不正常的个别道, 计算机判断有误时可由人工干预。

4 在工程建设中的应用

工程建筑场地土要划分场地土的类别和类型, 这是指场地范围内表层土刚度 (软硬) 的表征, 也是根据岩土的性状, 剪切波速或承载力划分的。场地土类型是确定建筑场地类别的主要依据, 场地土类别是场地条件的表征。

4.1 场地土类型

建筑的场地土类型划分是根据国家标准《建筑抗震设计规范》土层剪切波速范围划分的。见表1。

4.2 建筑场地类别

建筑的场地类别, 应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度将建筑场地划分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类, 见表2。

覆盖层的厚度是根据《建筑抗震设计规范 (GB50011-2001) 》定义的, 一般解释为从地面至剪切波速大于500m/s的土层或坚硬土顶面的距离。

从表中可以看出, 同一类土的波速值可以相差很多, 这是因为土的结构形状因地而异, 其饱和度、密度和有效应力等物理力学特性也有明显变化的原因。因此, 对于重要的、需要进行场地分类的建筑物, 都应该根据实测波速值。

摘要：土动力学是研究地震、波浪及机器基础等动荷载作用下土体的动变形、动强度以及稳定的一门学科。其主要研究内容可以概括为土的动力特性, 土的动力反应与稳定以及土与土体的动力测试技术三个方面。海洋钻井平台, 大坝, 地震中的房屋等, 其地基土均受到循环荷载作用, 为了防止其受力破坏, 必须对其地基土的动力特性进行试验研究。动弹性模量E和动剪切模量G是表征土的动力变形特性的重要参数, 其主要影响因素有:土体初始应力状态、土体本身性质、动力荷载性质等。因此, 通过试验模拟实际环境, 研究其变化特点及特征是很有必要的。土动力学的逐渐深入研究, 离不开不断发展的试验设备。室内测试技术包括动三轴仪、动扭剪仪、共振柱、共振台、离心模型试验等。原位测试技术包括剪切波速测试、弯曲元法、动力旁压试验等。

关键词：土动力学,基础,荷载作用,动变形

参考文献

[1]李波.孔扩张理论研究及其在静力触探技术中的应用[D].大连理工大学博士论文, 2007, (01) .

[2]刘元雪, 郑颖人.岩土弹塑性理论的加卸载准则探讨[J].岩石力学与工程学报, 2001, (06) .

[3]年廷凯, 栾茂田, 郑德凤, 等.基于极限分析下限方法的抗滑桩锚固深度检算[J]武汉理工大学学报, 2007, (08) .

复习的动力 篇2

分方程，这种约束就称为非完整约束。

1)、约束与约束方程

一阶非完整约束方程的一

一般的力学系统在般形式为：

运动时都会受到某些几何或运

动学特性的限制，这些构成限制条件的具体物体称为约束，用数

学方程所表示的约束关系称为

、式中，qi为描述系统位形约束方程。的广义坐（i = 1, 2, „,n）； 为2）、完整约束与非完整约束 广义坐标对时间的一阶与 数；n

如果约束方程只是为广义坐标个数；m为系统中非系统位形及时间的解析方程，则完整约束方程个数；t为时间。这种约束称为完整约束。解释滑动率的概念3-7,8 完整约束方程的一般形式为：

1.滑动率S

车轮滑动率表示车轮相对于

纯滚动（或纯滑动）状态的偏离

式中，qi为描述系统程度，是影响轮胎产生纵向力的位形的广义坐标(i=1，2，„，n)；一个重要因素。

n为广义坐标个数；m为完整约

为了使其总为正值，可将驱束方程个数；t为时间。

动和被驱动两种情况分开考虑。驱动工况时称为滑转率；被驱动2.轮胎模型中表达的输入量

(2)轮胎侧偏模型和侧和输出量有哪些？3-22,23

倾模型主要用于预测轮胎的侧轮胎模型描述了轮胎六分力与向力和回正力矩，评价转向工况车轮运动参数之间的数学关系，下低频转角输入响应。

即轮胎在特定工作条件下的输

(3)轮胎垂向振动模型 入和输出之间的关系，如图3-7主要用于高频垂向振动的评价，所示。

并考虑轮胎的包容特性（包含刚

根据车辆动力学研性滤波和弹性滤波特性）。

究内容的不同，轮胎模型可分为：

(1)轮胎纵滑模型

主要用于预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。

（包括制动，常以下标b以示区别）时称为滑移率，二者统称为车轮的滑动率。

参照图3-2，若车轮的滚动半径为rd，轮心前进速度(等于车辆行驶速度)为uw，车轮角速度为ω，则车轮滑动率s定义如下：

车轮的滑动率数值在0~1之间变化。当车轮作纯滚动时，即uw=rd ω，此时s=0；当被驱动轮处于纯滑动状态时，s=1。

3.写出几种典型的TCS控制方式 6-60,61,62，6-66? 从理论上讲，汽车驱动轮滑转是由于驱动力矩超过了轮胎与路

面间的附着极限，所以合理地减小汽车发动机扭矩或动力传动中任何一环的传递扭矩都可以实现驱动防滑控制的目的，因此可以通过许多途径来实现牵引力控制，如发动机管理、控制离合器、改变到驱动轮的传动比、控制防滑差速器以及主动制动干涉等。

这些方法各有优缺点，实际应用中往往采用多种方法进行联合控制，目前应用最为广泛的是发动机扭矩控制与驱动轮制动控制的联合控制方式。

长期以来，人们一直在很大程度上习惯按纵向、垂向和横向分别独立研究车辆动力学问题；而实际中的车辆同时会受到三个方向的输入，各方向所表现的运动响应特性必然是相互作用、相互耦合的（图1-1）。

纵向动力学：纵向动力学研究车辆直线运动及其控制的问题，主要是车辆沿前进方向的受力与其运动的关系。按车辆工况的不同，可分为驱动动力学和制动动力学两大部分。

行驶动力学：与车辆行驶动力学有关的主要性能及参数如图1-24.请画出汽车底盘控制系统与车辆动力学的关系。传统车辆动力学主要包括那三个方面的动力学研究？它们主要研究内容是什么？

行驶动力学研究中的首要问题

1-15,1-26,1-31,32,33,1-34.35.36.37.38,1-39.40

是建立考虑悬架特性在内的车辆动力学模型，而分析这些动力学问题的最简单的数学模型应该是具有七自由度的整车系统模型。

随着功能愈来愈强大的多体动力学仿真软件的普及应用，所示。在有限的悬架工作空间内，设计人员必须为驾驶员和乘客提供良好的乘坐舒适性、良好的车身姿态，以及对车轮动载荷的合理控制。

图1-1 底盘控制系统与车辆动力学关系示意图

包括衬套等复杂细节在内的车辆模型也可以方便地得到。操纵动力学： 在车辆动力学研究中，操纵动力学的内容最为丰富，将在第三篇中加以介绍。

由于轮胎的重要性，因此操纵动力学建模中必须要与轮胎模型精度相吻合，否则建立的操纵模型将失去意义。

分析车辆操纵特性可以从最基本的两自由度车辆模型人手，该模型中，车辆向前的速度被假定为恒定的，而两个变量分别是车辆的侧向速度和横摆速度。虽然基本模型看似简单，但它为操纵性能分析提供了十分重要的基础。在线性范围内，两自由度模型的预估精度可能会达到70％以上。

操纵动力学的研究范围分为三个区域：

线性域：侧向加速度约小于0.4g时，通常意味着车辆在高附着路面作小转向运动；

非线性域：在超过线性域且小于极限侧向加速度(约为0.8g)范围内；

非线性联合工况：通常指车辆在转弯制动或转弯加速时的情况。5.画出汽车平顺性分析的七自由度模型? 并列出这七个自由度? 二-62?63? 二-68,69,70

首先从七自由度车辆模型开始介绍，如图11-1所示。

假定车身是一个刚体，当车辆在水平面做匀速直线运动时。车身具有上下跳动、俯仰、侧倾三个自由度；两个前轮分别具有垂向运动的自由度；剩下的两个自由度是表示独立悬架的两个后轮垂向运动(或非独立悬架中后轴的垂向跳动和侧倾转动)。6.论述传动系扭转振动分析的建模方法、模型参数的获取和激振力矩确定的一般方法？自由振动分析的目的是什么？强迫振动分析的目的是什么？7-18？ 1）首先分析扭振系统的激振源，2）然后简化动力传动系统的扭振系统，建立动力传动系统的当量扭振模型，3）对系统的固有频率和振型进行分析，确定系统的共振转速，4）分析在稳态工况下传动系统各轴段由于发动机周期性激振转矩引起的载荷变化特征。

1．自由振动分析的目的：取得扭振系统的固有频率和振型；

2．强迫振动分析的目的：进行发动机周期性的激振转矩使传动系统产生受迫振动，从而传动系统各轴段引起载荷的周期性变化的分析。

7.写出轮胎模型“魔术模型”

3)由于“魔术公式”为中纵向力、侧向力和回正非线性函数，参数的拟合较困力矩的公式，并解释公式难，有些参数与垂直载荷的关系中各个物理量的含义及该也是非线性的，因此计算量较模型的特点。3-30,31,32

大。“魔术公式”轮胎模型

4)C值的变化对拟合 “魔术公式”轮胎的误差影响较大。

模型(Magic Formula TireModel)

5)不能很好地拟合小由Pacejka教授提出，它以三角

侧偏情况下轮胎的侧偏特性。函数组合的形式来拟合轮胎试验数据，得出了一套形式相同并8.轮胎的滚动阻尼由那些部可同时表达纵向力、侧向力和回分组成？各部分在总阻尼正力矩的轮胎模型，故称为“魔中的权重？

术公式”。其形式如下：

滚动车轮产生的所有阻力被定

y= Dsin{Carctan[BxaCαf。其中，a和b分别为前轴和后轴至车辆质心的距离；Cαf和Cαr，分别代表了前、后轮胎的侧偏刚度。设计者可以利用前后轮胎力（或力矩）的平衡关系，扩展稳定裕度这一概念。并以此来理解以下因素的影响：

a与负载情况有关的车辆质心位置；

b与轮胎的结构、尺寸和胎压有关的轮胎侧偏刚度； c前、后轮外倾角； d前、后轴载荷转移；

e侧倾转向效应； f变形转向效应。

13.下图为Bosch公司开发的ABS在高附着系数路面上的制动过程。请以此论述该ABS控制过程。6-6,11,12 制动抱死过程

1、首先，由于驾驶员的作用使制动器管路压力增大，车轮线速度变化比车速变化更快；

2、当车轮角加速度达到或小于某一门限值（-a），此时附着力接近最大值，制动压力保持在当前值不变。

3、若车轮转速小于滑移率门限值S1对应的值时，减小制动压力；

4、若车轮角速度再次达到门限值（-a）时，重新进入保压状态。

5、尽管此时制动压力保持稳定，但车轮因惯性作用会进一步加速转动。若车轮角加速度越过门限值（+A），则再次升高制动压力；

6、保持制动系统压力，使车轮角加速度在（+A）～（-a）之间，然后慢慢增压，直至车轮角加速度再次达到门限值（-a）；

复习的动力 篇3

1. 机翼产生升力的原因

在一个流体系统，比如气流、水流中，流速越快，流体产生的压力就越小，这就是被称为“流体力学之父”的丹尼尔·伯努利1738年发现的“伯努利定律”。机翼上表面的气流速度就大于下表面的气流速度，机翼下方气流产生的压力就大于上方气流的压力，飞机就被这巨大的压力差“托住”了，然后飞机就飞起来。

2. 模型飞机飞行时的受力情况

模型飞机在空中飞行时受到的力，如升力、阻力、重力和拉力等，作用于飞机的力要刚好平衡，如果不平衡就是合力不为零。飞行中的飞机受的力可分为升力、重力、阻力、推力。

3. 模型飞机飞行时所受阻力构成

A．摩擦阻力：空气分子与飞机摩擦产生的阻力，摩擦阻力在模型飞机飞行时所受阻力中只占总阻力的一小部分。

B．形状阻力：物体前后压力差引起的阻力，平常汽车广告所说的风阻系数就是指形状阻力系数，飞机做得越流线形，形状阻力就越小，尖锥状的物体形状阻力不见得最小，反而是有一点钝头的物体阻力小，油轮船头水底下那部分，你会看到一个大头除了提供载人的空间外也是为了减少形状阻力。

C．诱导阻力：机翼的翼端部因上下压力差，空气会从压力大往压力小的方向移动，部分空气不会规规矩矩往后移动，而从旁边往上翻，因而在两端产生涡流因而产生阻力。

D．寄生阻力：所有控制面的缝隙、主翼及尾翼与机身接合处、机身开孔处、机轮及轮架、拉杆等除本身的原有的阻力以外，另外衍生出来的阻力。

二、 橡筋动力模型飞机试飞与调整

1. 目测检查：从飞机前方看：

机翼左右上反角与水平尾翼的夹角是否相等；垂直尾翼与水平尾翼是否垂直。

从飞机上方看：

机翼、垂直尾翼、水平尾翼有无偏斜；机身是否左右弯曲。

从飞机一侧看：

机身是否上下弯曲。

2. 检查、调整重心位置

直接测量法

用两块楔形物块或两手各用一个手指对称地在左右机翼下表面支撑模型，并沿机身纵轴前后移动，当模型处干水平状态时，楔形木块或手指所支撑的位置就是重心位置。

吊线法

通过两次起吊模型，重锤线相交点就是重心位置，这种方法可以同时测得重心的前后、左右和上下位置。

检查重心位置是否在翼弦约60％位置，如不是，可用重物（橡皮泥、图钉等）在机头或机尾增加配重进行调整。图八：重心与主机翼升力及尾翼升力位置关系

3. 橡筋动力模型飞机的试飞与调整

橡筋动力模型飞机初始放飞阶段动力大，速度快，垂直上升容易失速。克服拉翻就需给模型一个适当的低头力矩，其实质是减小机翼的迎角以减小多余的主机翼升力。具体调整措施有：

（1）重心前移。通过改变机翼和水平尾翼升力力矩以增大低头力矩；

（2）减小机翼安装角；

（3）增大水平尾翼安装角；

（4）加大螺旋桨的下倾角（也称下拉）以增大低头力矩。

这四项措施中，第4项是基本的措施。因为它不影响滑翔性能，而且更主要一点是这种力矩变化和动力变化大体同步。前三种方式往往不能适应动力全过程，例如前期合适了后期可能出现低頭下冲现象。同时它们还影响滑翔性能。因此，只有微调或同时要调整滑翔和安定性的情况下才采用。

4. 橡筋动力模型飞机波状飞行调整

波状飞行就是模型飞机在飞行时，轨迹成波浪形，一会儿抬头上升，一会儿又低头下滑，如此反复进行，飞行不能达到理想高度而迅速降低，最后触地为止。

常见的波状飞行有两种：一种是尖顶波状飞行；另一种是圆顶波状飞行。如果模型在飞行中受外界影响较小，本身俯仰静稳定性又较好，而且模型本来是已经调整好的，出现的波状飞行振幅较小，这就是圆顶状飞行。

5. 产生波状飞行的几种情况和原因及调整策略

模型飞机中可能出现波状飞机的情况有如下几种：

（1）模型重心位置没有调整好，如机头过轻等；

（2）橡筋模型或动力较弱的自由飞模型没有调整到平衡位置，在动力飞行阶段就已波状飞行，并保持到滑翔阶段；

（3）机翼或尾翼垫片挪动了位置，使本来调整好的模型变成不平衡或橡筋束在尾部打了结，影响重心位置等；

（4） 原来调整好作稳定盘旋飞行的模型，盘旋半径突然加大或改为直线飞行；

（5）原已调整好的模型手掷滑翔时出手速度太大或机头上抬过高；

（6）牵引模型因断线突然脱钩；

（7）牵引模型脱钩过早或太粗暴，或风向不对，橡筋模型螺旋桨止动过早，自由飞模型大仰角爬升时停车；

（8） 模型遇到突风或进入湍气流和上升气流中。

根据以上可能产生波状飞行的情况来分析，原因有三个：

一是模型本身没有调整好，始终平衡不了，如上述情况①和②；二是由于模型状态或飞行条件改变了，不是原来调整好的状态引起，如上述情况③~⑦；三是受外界的影响后，在恢复到原来正常飞行状态过程中，模型动稳定性不够好，以至摆动次数太多或甚至摆动越来越大，如上述情况中的⑧。

由双动力到三动力的思路拓展 篇4

目前,国内外许多企业都在研制混合动力装载机,并纷纷推出了自己的样机。就目前各企业的技术路线看,无外乎电动混合和电液混合两种方式。前者的储能元件为蓄电池和超级电容,其储能特点是能量密度大而功率密度小,这种特性可以使装载机获得辅助动力的持续时间更长,但会导致混合动力装载机对制动能的回收效率非常低。后者的储能元件为液压蓄能器。蓄能器储能特点是功率密度大而能量密度小,这种特性可以使装载机对制动能的回收效率比较高,但混合动力装载机获得辅助动力的持续时间会比较短。两种方式对节能都不利。

期待事物的完美是人类的天性,这也驱使人们不断设想如何将两种技术方案的优点结合在一起,实现技术的进一步提升和完善。目前,对于这方面的技术研究,国内外尚无相关实例和成果出现。笔者根据经验,提出并设计了应用在装载机上可以同时发挥电动混合和电液混合优点的新型三动力源混合动力系统,利用蓄电池与液压蓄能器的优点,可以长时间为装载机供能,并充分回收利用制动能,从而实现装载机更好的节能减排。

三动力系统中,变速器后面并联了由液压蓄能器和液压泵/马达等组成的液压混合动力装置,可以充分发挥液压蓄能器高功率密度的特点,充分回收制动能,在装载机启动和铲掘作业时提供辅助驱动力,实现制动能的二次利用,达到节能减排的目的。具体而言,该系统可通过两种方案设计实现:一是在发动机与变矩器之间并联一个电动机/发电机,通过电动机/发电机的“消峰填谷”作用调节发动机的工作点,从而获得较好的燃油经济性;二是发动机、发电机和电动机串联组合,发动机与驱动系统实现机械解耦,使得发动机始终工作在燃油经济区。相比而言,后者在结构上对原型机的变动比较大,但是控制系统则要简单的多。

仿真模拟实验数据显示,与原机型相比,配备三动力系统的ZL50型装载机在一个工作循环中,发动机一直处于燃油经济区,蓄能器实现了对制动能的回收再利用,燃油消耗率降低14.7%。

在蓄电池等主要元件的技术没有取得根本性突破之前,采用混合动力技术仍是实现工程机械节能减排的有效方式之一,兼具高能量密度和高功率密度特点的三动力源技术可成为发展思路。

复习的动力 篇5

关键词：桥梁检测,动载试验,测试系统,自振频率

1 引言

桥梁的动载试验是将动荷载作用在桥梁的指定位置, 测定桥梁结构自振频率、阻尼比和冲击系数等, 它是了解桥梁实际工作状态和承载能力的直接手段。动载试验可获得一些理论上难以计算部位的受力状态, 判定桥梁的安全承载能力, 还能够发现一般检查和检测中难以发现的隐蔽病害。掌握被检测桥跨结构在设计荷载作用下的实际工作性能, 对桥梁结构做出总体评价, 为桥梁的维护、改建、加固提供依据[1]。

桥梁结构是承受以自重荷载和各种车辆为主要荷载的结构物。桥梁结构在移动的车辆、人群、风力和地震等动力荷载作用下会产生振动, 但主要是由于车辆荷载以一定的速度在桥上通过而产生的。同时, 车辆驶过桥梁时, 由于桥面起伏不平或发动机的抖动等原因都会使桥梁振动加剧。桥梁结构的振动分析是桥梁结构分析的又一项重要内容。桥梁结构的振动问题影响因素复杂, 仅靠理论分析还不能满足工程应用的需要, 一般需采用理论分析与试验测试相结合的方法解决, 桥梁动载试验就成为解决该问题必不可少的手段[2]。桥梁结构的动力特性 (振型、频率和阻尼比) 是桥梁承载力评定的重要参数, 同时也是识别桥梁结构工作性能和桥梁抗震分析的重要参数。桥梁的动载试验与静载试验相比具有其特殊性。首先, 引起结产生振动的振源 (例如车辆、人群、阵风或地震力等) 和结构的振动响应都是随时间而变化的, 而且结构在动荷载作用下的响应与结构本身的动力特性有密切关系。动荷载产生的动力效应一般大于相应的静力效应。

2 桥梁动载试验

桥梁动载试验是一种利用大型车辆振动桥梁的方法, 在桥梁结构的震动下来测定桥梁的各种动力特性以及桥梁结构在振动动载作用下的强迫振动响应, 包括动应力、动位移以及冲击系数等, 通过这些参数来判断桥梁结构的整体性刚度和行车性能情况。

2.1 桥梁动载试验主要解决的基本问题

1) 测定桥梁荷载的动力特性 (数值、方向、频率) 。

2) 测定桥梁结构的动力特性 (自振频率、阻尼、振型) 。

3) 测定桥梁在动荷载作用下的响应 (动位移、动应力) 。桥梁振动试验内容很丰富, 如:模拟地震试验、抗风试验、疲劳试验等。

2.2 动载测试中振激方式的选择[3]

1) 自振法。自振法又称瞬态激振法, 其特点是使桥梁结构产生有阻尼的自由衰减振动, 记录到的振动图形是桥梁结构的衰减振动曲线。在现场测试中, 当测试桥梁结构整体振动时, 可采用试验车辆的后轮从三角垫木突然下落对桥梁产生冲击作用, 激起桥梁的竖向振动, 简称“跳车试验”;当采用试验车辆在桥面上急速刹车产生激振时, 简称“跳车试验”, 但此时所测得的结构固有频率包括了试验车辆这一附件质量的影响。

2) 共振法。共振法又称强迫振动法, 是利用专门的激振装置, 对结构施加激振力, 使结构产生强迫振动。改变激振力的频率而使结构产生共振现象, 借助共振现象来确定结构的动力特性。激振设备可分为机械式激振器、电磁式激振器和电气液压式振动台。振动器在结构上的安装位置和激振方向要根据试验的要求和目的而定。使用时, 激振器应牢固地固定于结构上, 由底座将激振器产生的交变激振力传给结构。如果将两台激振器安放于结构的适当位置上反向振动, 则可进行扭转振动试验。连续改变激振器的频率, 当激振力的频率与结构的固有频率相等时, 结构出现共振现象, 此时所记录到的频率即为结构的固有频率。对于较复杂的结构, 有时需要知道基频以后的几个频率, 此时可以连续改变激振力的频率, 进行“频率扫描”, 使结构连续出现第一次共振, 第二次共振同时记录结构的振动图形。由此可得到结构的第一频率 (基频) 、第二频率在此基础上, 再在共振频率附近进行稳定的激振试验, 则可准确地测定结构的固有频率与振型。同时, 还可利用结构的共振曲线即频率一振幅关系曲线, 来确定结构的阻尼特性。对于自振频率较低的大跨度柔性桥梁结构, 也可利用人群在桥面上作有规律的运动, 使结构发生共振现象。在桥梁的动载试验中, 常用载重车队以由低到高的不同速度驶过桥梁, 使结构产生不同程度的强迫振动。在若干次运行车辆荷载试验中, 当某一行驶速度产生的激振力的频率与结构的固有频率相接近时, 结构便产生共振现象, 此时结构各部位的振动响应达到最大值。在车辆驶离桥跨后, 结构作自由衰减振动。这时, 可由记录的波形曲线分析得出结构的动力特性。

3) 脉动法。脉动法是利用被测桥梁结构外界各种因素所引起的结构微小而不规则的振动来确定结构的动力特性。这种微振动通常称为“地脉动”, 它是由附近的车辆、机器等振动或附近地壳的微小破裂和远处的地震传来的脉动所产生的。适用于大跨度悬吊结构, 如悬索桥、斜拉桥的桥跨结构, 索塔以及具有分离式拱肋的大跨度下承式或中承式拱桥。结构的脉动有一重要特性, 就是它能明显反映出结构的固有频率。因为结构的脉动是因外界不规则的干扰所引起的, 因此它具有各种频率成分, 而结构的固有频率的谐量是脉动的主要成分, 在脉动图上可直接量出。如果在结构不同部位同时进行监测记录, 读出同一瞬时各测点的振幅值, 并注意它们之间的相位关系, 则可分析得到某一固有频率的振型。在桥梁的动载试验中, 首先应考虑采用车辆荷载作为试验荷载, 以便确定桥梁在使用荷载作用下的动力特性研究。对需要考虑风荷载或地震荷载的桥梁, 应结合桥梁的结构形式作近一步的研究。

3 测试内容及测点布置

在桥面无任何交通荷载以及桥址附近无规则振源的情况下, 通过高灵敏度动力测试系统测定桥址处风荷载、地脉动、水流等随机荷载激振而引起桥跨结构的微幅振动响应, 测得结构的自振频率、振型和阻尼比等动力特性参数。加速度传感器在桥面横向布置在桥面两侧, 测点布置如图1所示。

4 试验处理方法

采用脉动法进行自振测试, 由国家地震局工程力学研究所研制生产941B加速度传感器作拾振器, 放大装置采用与之匹配的DLF-8型四合一放大器, 采集器采用东方所INV306DF智能信号采集处理分析仪, 整个测试系统如图2所示。通过采集桥梁结构在环境振动激励下的加速度响应数据, 对数据进行模态分析, 可以得到桥梁结构的频率、阻尼与振型, 并与理论结果进行对比。

5 测试程序

在现场安装动力测试设备, 传感器按图1布置, 此次主要测试竖向加速度, 通过对数据进行分析得到结构的自振频率与振型。通过调整测试仪器及设备, 进行设备平衡清零开始采集, 激励采用脉动激励。根据采样定理, 采样频率设定为76.8Hz, 采样时长为30min。

6 动载测试数据分析

动力荷载试验的目的在于研究桥梁结构的动力性能, 该性能是判断桥梁运营状况和承载能力的重要指标之一。本文测试采用DASP2006采集及分析系统对模型进行采样分析, 采用INV LF-8型低通滤波放大器, 连接顺序:941-B型水平向、垂直向速度传感器→INVLF-8→INV采集系统接口盒→笔记本电脑→DASP数据处理软件。该动态信号测试分析系统包含动态信号测试所需的信号调理器、低通滤波器、以及采样控制和计算机通讯的全部硬件, 并提供操作方便的控制软件、信号处理及分析软件和模态分析软件。

因桥梁未开放交通, 外界振动输入干扰少, 与现场进行了桥梁环境振动测试, 测试2014年6月25日全天进行。桥梁自振特性的测试利用环境激励如风荷载等随机荷载使桥梁结构产生微小的振动, 结构振动的加速度信号由布置在桥面两侧人行道内侧行车道处的传感器拾振, 并通过放大器放大再由采集仪采集大量的加速度信号。信号采样频率为76.8Hz, 每一组采样时间为30min。图3为实测全程波形图。

通过理论分析和现场实测得到结构的动力特性参数, 图4给出了通过有限元软件MIDAS得到的桥梁结构的自振频率与振型。表1汇总了理论计算频率与实测频率值。

根据表1动荷载试验所测数据分析结果表明, 实测频率大于理论计算, 根据《公路桥梁承载能力检测评定规程》第5.9.2条桥梁自振频率评定标准, 综合评定标度为1。

7 结语

1) 现场对该桥进行了动荷载试验, 通过对动测数据频域分析, 得到该桥实测基频为5.92Hz, 有限元模型计算该桥的基频为4.09Hz, 比较两者有:f1=5.92Hz>4.09Hz (有限元模型计算结果) ;

2) 实测频率大于理论计算频率, 根据动荷载试验所测数据, 桥梁整体结构的动力性能好, 整体刚度好。

参考文献

[1]张兰英.桥梁动载试验的作用与发展前景[J].公路, 2002 (9) :33-35.

[2]吴建奇, 郑晓, 张婷婷.公路桥梁工程的动载试验研究[J].铁道建筑, 2001:26-28.