斜拉桥实测频率与环境温度的关系.docx

斜拉桥实测频率与环境温度的关系 本章基于滨州斜拉桥健康监测系统的加速度数据进行模态频率识别。将全天的加速度数据分为 48 段，每段 30 分钟，对每个 30 分钟内的无车上桥区段的桥梁脉动数据进行识别，则全天的频率识别结果为 48 个频率值。对识别后的频率进行基于小波分析的后处理，从而得到频率在一天内的总体变化趋势，以此和温度变化曲线进行对比分析。 由于实测温度的瞬时变化对结构的影响并非本章研究的内容，因此对实测温度也进行基于小波分析的滤波处理，从而得到实测温度在 24 小时内的总体变化趋势，以此和温度变化趋势进行对比分析。 环境温度变化主要包括两个方面：1) 由日照引起的温度在一天内的周期变化；2) 整体的季节温度变化。前者会在桥梁结构构件上产生一定的温度梯度，而后者对结构而言则是整体的温度变化。下面分别研究这两种温度变化对桥梁实测频率的影响。 1 一天内的温度变化对斜拉桥频率的影响 下面为四组斜拉桥主梁频率的识别结果以及相对应的一天内的温度变化。 图4-1为 2006 年 5 月 8 日 11 时 2 分至 2006 年 5 月 9 日 11 时 2 分（简称）的 24 小时的实测温度曲线；图4-2为对应的实测频率变化曲线。 图4-3为 2005 年 12 月 20 日 16 时 34 分至 2005 年 12 月 21 日 16 时 34 分 （简称）的 24 小时的实测温度曲线；图4-4为对应的实测频率变化 曲线。 图4-5为 2005 年 12 月 25 日 16 时 1 分至 2005 年 12 月 26 日 16 时 1 分 （简称）的 24 小时的实测温度曲线；图4-6为对应的实测频率变化 曲线。 图4-7为 2005 年 12 月 08 日 20 时 4 分至 2005 年 12 月 09 日 20 时 4 分 （简称）的 24 小时的实测温度曲线；图4-8为对应的实测频率变化 曲线。 通过图形的对比分析，可得到以下结论： 1) 滨州黄河大桥实测桥面自振频率总体趋势在一天内呈周期变化，而温度在一天内也呈周期性变化，因此二者之间必然存在相关性； 2) 主梁各阶自振频率总体趋势随温度升高而降低，但主梁频率变化曲线与温度变化曲线有时存在相位差； 3) 当昼夜温差较大时，主梁各阶自振频率总体趋势随温度的变化规律较明显；当昼夜温差较小时，主梁频率总体趋势随温度的变化规律不明显； 4) 主梁各阶频率最大值一般出现在清晨 4 时至 6 时，与环境温度最低时刻的相位差在 2 个小时以内； 5) 主梁各阶频率最小值一般出现在傍晚 14 时至 16 时，与环境温度最高时刻的相位差在 2 个小时以内； 6) 一天内的最大绝对频率变化量和最大相对频率变化量见表4-1和表4-2，各阶频率的最大相对频率变化量基本相当，平均为 0.45%，可见温度对频率的影响并不大。 2 季节温度变化对斜拉桥频率的影响 对比冬季和夏季滨州黄河公路大桥主梁实测频率的变化，从中找出频率随季节温差的变化规律。 表4-3是山东滨州冬季 12 月份一天内滨州桥主梁实测频率最小值与夏季 5月份一天内滨州桥主梁实测频率最小值的对比结果；表4-4为相应的最大值的对比结果。由上述对比可得到如下结论。 1) 滨州黄河大桥实测主梁频率总体上随季节温度升高而降低； 2) 冬夏温差平均为 25 度，对应的频率相对变化值平均为 1.24%；而日照平均温差为 11 度，对应的各阶频率相对变化值平均 0.45%，说明温差与频率的变化基本上成比例。