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福建省工程建设地方标准DB工程建设地方标准编号：DBJ/T**-***-2014住房城乡建设部备案号：J*****-2014桥梁结构动力特性检测技术规程（征求意见稿）TechnicalSpecificationforInspectingDynamicCharacteristicofBridgeEngineeringStructures2013-**-**发布2014-**-**实施福建省住房和城乡建设厅发布福建省工程建设地方标准桥梁结构动力特性检测技术规程TechnicalSpecificationforInspectingDynamicCharacteristicofBridgeEngineeringStructuresDBJ/T**-***-2014J*****-2014主编单位：福建省建筑科学研究院批准部门：福建省住房和城乡建设厅实施日期：2014年*月*日前言本规程是根据福建省住房和城乡建设厅《关于印发2012年科学技术项目计划的通知》(闽建科[2012]23号）的要求，规程编制组经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考国内外有关先进标准，并在广泛征求意见的基础上，制定本规程。本规程共7章和2个附录，主要技术内容是：1总则；2术语和符号；3基本规定；4仪器设备；5桥梁结构自振特性检测；6桥梁结构动力响应检测；7检测报告的编写；附录等。本规程由福建省住房和城乡建设厅负责管理，福建省建筑科学研究院负责具体技术内容的解释。在执行过程中如有意见或建议，请寄送福建省住房城乡建设厅建筑节能与科技处（地址：福州市北大路242号，邮编：350001）和福建省建筑科学研究院（地址：福州市杨桥中路162号，邮编：350025）。主编单位：福建省建筑科学研究院福建省抗震防灾技术中心联系人：赖苍林tel：13950290361；emial：34874311@qq.com参编单位：主要起草人：主要审查人：目录1总则1.0.1为规范桥梁结构自振特性和动力响应检测方法和程序，保证检测方法的科学性，提高检测结果的可靠性，特制定本规程。1.0.2本规程适用于桥梁结构自振特性及动力响应的检测，包括结构固有频率、阻尼比和振型结构动力参数的检测，以及桥梁结构受强迫振动激励的动力响应参数检测。1.0.3桥梁结构动力检测应委托具有相应资格的机构进行，检测人员应进行专业技术培训并具有相应的检测能力。1.0.4按本规程进行动力检测时，除应遵守本规程的规定外，尚应符合国家现行的有关标准的规定。2术语和符号2.1术语2.1.1自振特性selfvibrationcharacteristic表示结构固有特性的基本物理量，如固有频率、振型和阻尼比等。2.1.2动力响应dynamicresponse表示结构受动力输入作用时的输出，如位移响应、速度响应、加速度响应等。2.1.3频率特性frequencycharacteristic表示在频率域内描述结构振动的基本物理量，一般包括幅频特性和相频特性等。2.1.4频率范围frequencyrange传感器或测振系统正常工作的频带，在这个频带内输入信号频率的变化不会引起它们的灵敏度发生超出指定的百分数的变化。2.1.5灵敏度sensitivity表示传感器信号输出幅值与被测信号的输入幅值之比。2.1.6横向灵敏度transversesensitivity传感器沿主轴方向振动时其垂直于主轴方向的振动幅值与主轴方向振动幅值之比，用百分比来表示，横向灵敏度越小越好，一般要求应小于3%～5%。2.1.7相位差phasedifference不同信号间相同频率对应两谐波分量之间的相位角之差。2.1.8信噪比signaltonoiseratio表示放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比。2.1.9动态范围dynamicrange可测量的最大振动量与最小振动量之比。2.1.10环境激励法ambientexcitationmethod利用结构周围随机激励引起的振动来识别结构自振特性的一种方法。2.1.11冲击系数impactfactor汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。2.2符号t时间T周期f频率圆频率a加速度v速度x位移k刚度m质量阻尼比xR自相关函数fGx自功率谱函数yxR,互相关函数fGxy互功率谱函数xy相干函数相位角H频响函数th脉冲函数mf信号最高频率分量sf采样频率nf功率谱函数中结构的固有频率3基本规定3.0.1检测方案编制前，宜搜集下列资料：1桥梁结构的竣工资料；2场地的地质勘察资料；3场地及其邻近的干扰振源资料。3.0.2检测方案的制定，宜包括下列内容：1检测目的；2检测设备及要求；3检测内容及具体方法；4仪器测点布置图。3.0.3桥梁动力特性检测包括桥梁结构的自振特性检测及在动力荷载作用下的强迫振动特性检测，主要试验项目包括自振特性试验、行车动力响应试验。3.0.4桥梁结构的动力特性检测一般按照以下步骤进行：1根据检测对象及其目的，选择合适的测量参数；2根据桥梁结构形式特点和检测要求布置测点；3根据检测要求选择并安装传感器，传感器的安装应与检测目的相一致并遵循标准《机械振动与冲击加速度计的机械安装》GB/T14412的要求。传感器安装须与主体结构保持良好接触，确保无相对振动。测点的布置应符合第5章和第6章的相关要求；4连接导线（包括屏蔽线和接地线），对整个测量系统进行调试；5合理设置检测参数，包括对采样频率、数据采集时间、传感器灵敏度、数据采集系统量程、几何参数、低通滤波器截止频率等参数进行设置。要求频率分辨率应不大于实测自振频率的1%。，要求小信号不失真，大信号不超出量程，要求频谱分析时频率不混叠；6根据检测目的选择合适的振动测试方法，桥梁动力测试一般包括环境激励测试和强迫振动测试；7采集数据并保存。3.0.5现场检测时，检测设备、仪器均应有防风、防雨雪、防晒和防振等保护措施。3.0.6检测场地应避开外界干扰振源，测点应注意桥下管道、电磁场、噪声、射线等因素的影响。3.0.7仪器应具有防尘、防潮性能，其工作温度应在-5℃～50℃范围内。3.0.8对桥梁结构进行现场动力特性检测时，不得对结构造成损害。3.0.9进行动力特性检测时，应制定安全保护措施，并满足相应设备操作安全规程和相关国家安全规程。3.0.10检测记录内容1检测仪器：名称、型号、编号；2实测时程曲线；3振动激励形式，测点布置（附简图和照片）；4检测过程中的情况说明；5检测人员、校核人员、检测日期、检测单位。3.0.11实测电子数据应保存完整，采用光盘等形式按相关规定存档。4仪器设备4.1动测系统技术要求4.1.1动测系统一般由激振系统、传感器、信号放大调理器及动态信号采集分析仪等组成。4.1.2结构自振特性检测传感器应采用低频传感器，频率下限应不大于0.5Hz（-3～+1dB），频响曲线应平坦（-3～+3dB），传感器横向灵敏度应小于5%。4.1.3结构动力响应检测主要包括桥梁结构动位移、动应变、动力放大系数或冲击系数。动位移测试传感器宜采用电阻式位移计，动应变测试传感器宜采用电阻应变计，测量范围：±10000με，精度不低于±1με。4.1.4信号放大调理器应符合下列要求：1放大器应采用带低通滤波功能的多通道放大器，低通滤波大于24dB/oct。一般宜使用抗混淆滤波放大器。2放大器频响范围：低频不大于0.5Hz，高频大于传感器上限频率，噪声水平折算至输入端应低于2μV。3多通道放大器要求各个通道间无串扰，各通道相位一致，频响范围相同。其振幅一致性偏差应小于0.5dB@1kHz，相位一致性偏差应小于0.2o@1kHz。4.1.5数据采集与记录宜采用多通道数字采集和存储系统，其A/D转换器位数应不小于12位，宜采用16bit以上A/D转换器，幅度畸变宜小于1.0dB。4.1.6信号分析仪应具有多通道，具有基本的数字信号处理功能，包括滤波、截取、时域幅值统计、FFT、自谱、互谱等功能。4.2设备维护4.2.1动测系统应每年进行一次系统的标定，并应经检定/校准（或验证）合格。4.2.2动测系统在使用、运输和保管过程中应注意防水、防潮、防曝晒和防剧烈振动等。5桥梁结构自振特性检测5.1一般规定5.1.1桥梁结构自振特性检测包括结构的固有频率、振型、阻尼比等参数。5.1.2桥梁结构自振特性检测方法一般采用环境激励法进行检测，自振特性参数也可采用行车的余振信号、跳车的余振信号分析得到。5.1.3检测系统应符合下列要求：1检测系统通频带应覆盖桥梁结构拟测振型对应的频率，一般应用时，频率范围宜选择0.5～200Hz，信噪比应大于80dB；2检测仪器其它要求应符合本规程4.1之要求。5.1.4桥梁结构动力特性检测应遵循：1多通道的同步实测时域曲线；2采样频率设定应符合奈奎斯特定律要求，一般宜为被测结构关心频率上限的3～5倍。3采样时间：对于环境激励法检测应不少于30min，宜设为60min。5.2检测方法5.2.1传感器的布置一般宜遵循以下原则：1桥面竖向和水平向振动测点沿纵桥向间隔布置传感器，扭转测点在沿纵桥向桥面左右两侧对称布置传感器；2索桥振动测点在吊点对应位置布置传感器，下承式吊杆拱桥的桥面和拱肋振动测点分别在吊点对应位置布置传感器，空腹式拱桥振动测点在拱肋上立柱或横墙对应的桥面处布置传感器；3桥塔横向振动测点沿塔高度布置，扭转测点在塔两侧对称布置；4记录振动信号的传感器布置应尽量避开振型节点，并可以充分显示结构的模态振型；5传感器布置的数量与拟测振型相关，试验前宜根据理论计算的振型合理设置测点；6当因测试仪器数量不足或其它因素而需要作多次测试时，可采用移动测点法测试，每次测试中应至少保留一个共同的参考点，参考点位置应避开拟测振型的振型节点。5.2.2根据检测目的，选择合适的检测方向。传感器一般沿结构竖向、横向和纵向三个方向布置。5.2.3根据所需频率范围设置低通滤波频率和采样频率。5.2.4数据采集时，应注意对数据平稳性的要求，若有较大的波动，则重新采集数据或增加采样时间。5.3数据处理5.3.1在自振特性检测过程中，由于干扰及其它各方面因素的存在，使得检测系统采集到的数据偏离其真实数值，除了应对记录波形和记录长度进行检验之外，还应对数据做以下预处理：1信号标定、变换；2消除直流分量；2消除趋势项；3滤波处理。4重采样5.3.2采用FFT进行频谱分析；为消除旁瓣干扰，信号应加窗函数处理；对于环境激励信号，频域平均次数不宜少于32次，且重叠率宜不小于50%。5.3.3结构自振特性参数的识别可以采用频域识别法、时域识别法和时频域识别方法。实际工程中常用的频域峰值方法的主要步骤包括：1固有频率的判断：（1）FFT自功率谱（幅值谱）最大峰值处；（2）频响函数分析中，自振频率处相干函数值较大，一般接近等于1；（3）对于相同方向的多个测点，各测点在自振频率处具有近似同相位或反相位的特点。2阻尼比可按照半功率带宽法进行确定。3振型函数应该按照下列规定进行确定：当各个模态的自振频率分的较开，且结构阻尼比相对较小时，振型之比可由下式得出：pikiiaappiaapkGG)()(式中：ki、pi分别为自振频率i对应的不同自由度的振型函数值，其正负号可由互功率谱在i处的相位来确定。5.3.4时域识别法，其采用的原始数据是结构响应的时间历程，主要为结构的自由振动响应。5.3.5对于复杂结构，可采用时频域识别方法，包括：小波分析法和基于希尔伯特黄变换（HHT）的模态参数识别方法。5.3.6宜采用2种或2种以上方法对结构动力参数进行识别，并对其结果进行对比验证。6桥梁结构动力响应检测6.1一般规定6.1.1桥梁结构动力响应检测，一般指桥梁结构在试验强迫荷载作用下的动力响应的检测，主要测试内容包括动挠度、动应变、振动加速度或速度、冲击系数。试验方式包括无障碍行车试验、有障碍行车试验和刹车制动试验。6.1.2试验强迫荷载宜采用与桥梁实际运行状态相接近的载重车辆，试验车辆应进行轮位轴距量测和轴重过磅，车辆轴重产生局部