RU2140626C1 - Process of vibration test of frameworks of bridge structures - Google Patents
Process of vibration test of frameworks of bridge structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2140626C1 RU2140626C1 RU97119219A RU97119219A RU2140626C1 RU 2140626 C1 RU2140626 C1 RU 2140626C1 RU 97119219 A RU97119219 A RU 97119219A RU 97119219 A RU97119219 A RU 97119219A RU 2140626 C1 RU2140626 C1 RU 2140626C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- natural
- vibrations
- span
- spectra
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для вибрационных испытаний пролетных строений мостовых конструкций в условиях естественного транспортного потока (в условиях их эксплуатации). The invention relates to the field of measuring technology and can be used for vibration testing of spans of bridge structures in a natural traffic stream (in the conditions of their operation).
Известен способ динамических испытаний пролетных строений [1], который заключается в том, что в середине строения прикладывают нагрузку, возбуждающую в пролетном строении колебания. Затем регистрируют частоту первой формы этих колебаний. Дополнительно прикладывают статическую нагрузку в середине строения, повторно возбуждают колебания в этом строении и регистрируют изменившуюся частоту первой формы колебаний. После чего оценивают (прогнозируют) несущую способность строения, которая зависит от массы строения, критической частоты и измеренных частот первой формы собственных колебаний строения. There is a method of dynamic testing of spans [1], which consists in the fact that in the middle of the structure a load is applied that excites vibrations in the span. Then register the frequency of the first form of these oscillations. Additionally, a static load is applied in the middle of the structure, the vibrations in this structure are repeatedly excited, and the changed frequency of the first vibration form is recorded. After that, the structural bearing capacity is estimated (predicted), which depends on the mass of the structure, the critical frequency, and the measured frequencies of the first form of natural vibrations of the structure.
Определение параметров колебаний пролетного строения этим способом осуществляется под действием статической нагрузки и использовать этот способ в условиях движущегося транспортного потока невозможно. По этому способу прогнозируется несущая способность пролетного строения, но точность такого прогноза невысока, поскольку не учитывается действие движущейся нагрузки в разных точках конструкции. Движущаяся нагрузка способна создать опасность разрушения конструкции вследствие возникновения резонансных явлений. The determination of the parameters of the span vibrations in this way is carried out under the influence of a static load and it is impossible to use this method in conditions of a moving traffic stream. This method predicts the bearing capacity of the span, but the accuracy of such a forecast is low, since the action of the moving load at different points of the structure is not taken into account. A moving load can create a risk of structural failure due to resonance phenomena.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ динамических испытаний пролетных строений моста [2, с. 162-168] . Он заключается в том, что к пролетному строению прикладывают через определенные интервалы времени подвижную временную нагрузку. Обычно для этих целей используют одиночные машины с известными скоростями движения. Регистрируют во времени вертикальные колебания пролетного строения и записывают прогибограммы вынужденных колебаний и виброграммы собственных колебаний. Зарегистрированные в разные промежутки времени прогибограммы сравнивают между собой, выявляют максимальную и среднюю амплитуду вынужденных колебаний и по ним судят о значениях динамических коэффициентов при различных скоростях движения транспортных средств, а частоты собственных колебаний определяют по виброграммам, зарегистрированным непосредственно после прекращения действия подвижной нагрузки на пролетное строение. The closest in technical essence and the achieved result is a method of dynamic testing of bridge spans [2, p. 162-168]. It consists in the fact that a movable temporary load is applied to the span at regular intervals. Typically, single machines with known speeds are used for these purposes. The vertical vibrations of the span are recorded over time and the deflection patterns of the forced vibrations and the vibrograms of natural vibrations are recorded. The deflection patterns recorded at different time intervals are compared with each other, the maximum and average amplitudes of the forced vibrations are determined, and they are used to judge the values of dynamic coefficients at various vehicle speeds, and the natural frequencies are determined by vibration programs recorded immediately after the termination of the mobile load on the span .
Однако этот способ не отражает реальной картины динамического воздействия на пролетное строение естественного транспортного потока. Кроме того, для проведения измерений требуется остановка естественного транспортного потока и организация движения по пролетному строению одиночных транспортных средств с заданной скоростью и интервалом движения, что существенно снижает оперативность и удорожает проведение испытаний пролетного строения. Для регистрации прогибограмм и виброграмм используются механические приборы, например универсальный прибор Гейгера [2, с.137-140]. Основным недостатком подобных приборов является плохая достоверность измерений при регистрации частот колебаний исследуемого пролетного строения ниже 3-5 Гц, поскольку начинает влиять инерционность маятника прибора. На практике требуется измерение колебаний пролетного строения мостовой конструкции с частотами по крайней мере на порядок меньше указанных выше. However, this method does not reflect the real picture of the dynamic effect on the span of the natural transport stream. In addition, for measurements, it is necessary to stop the natural traffic flow and organize the movement along the span of single vehicles with a given speed and interval, which significantly reduces the efficiency and increases the cost of testing the span. To register deflection and vibrograms, mechanical devices are used, for example, a universal Geiger device [2, p.137-140]. The main disadvantage of such devices is the poor reliability of measurements when registering the vibration frequencies of the studied span below 3-5 Hz, since the inertia of the pendulum of the device begins to influence. In practice, measurement of the span of a bridge structure with frequencies of at least an order of magnitude less than those indicated above is required.
Для регистрации прогибограмм и виброграмм при динамических испытаниях пролетных строений используют также прибор, действующий по принципу моста Уитстона [3, с. 34-39]. В одну диагональ моста включен регистрирующий прибор, например осциллограф, в другую - источник тока. Тензорезистор, наклеенный на элемент конструкции пролетного строения, служит чувствительным элементом и включается в одно из плеч моста Уитстона. Во втором плече моста включают второй тензорезистор, служащий для компенсации изменения температуры окружающего воздуха. Осциллограф можно снабдить фотонасадками для регистрации исследуемого колебательного процесса на пленку. Описанное устройство позволяет исследовать колебательные процессы, происходящие в пролетном строении. Основные недостатки данного устройства: низкая оперативность, обусловленная необходимостью подготовки (приклеивания) тензорезисторов к исследуемой поверхности конструкции, релаксация проволоки тензорезистора и клеевого шва, что снижает точность измерений, невозможность использования тензорезистора после тарировки. To register deflections and vibrograms during dynamic tests of spans, they also use a device operating on the principle of the Wheatstone bridge [3, p. 34-39]. A recording device, such as an oscilloscope, is included in one diagonal of the bridge, and a current source in the other. The strain gauge glued to the span structural element serves as a sensitive element and is included in one of the arms of the Wheatstone bridge. In the second arm of the bridge include a second strain gauge, which serves to compensate for changes in ambient temperature. The oscilloscope can be equipped with photographic nozzles for recording the investigated oscillatory process on the film. The described device allows you to explore the oscillatory processes occurring in the span. The main disadvantages of this device: low efficiency, due to the need to prepare (gluing) the strain gauges to the investigated surface of the structure, the relaxation of the strain gauge wire and the adhesive joint, which reduces the accuracy of measurements, the inability to use the strain gauge after calibration.
Задача изобретения - добиться высокой точности измерения динамических характеристик колебательного процесса пролетных строений мостовых конструкций под действием подвижной нагрузки без остановки естественного транспортного потока. The objective of the invention is to achieve high accuracy in measuring the dynamic characteristics of the oscillatory process of spans of bridge structures under the action of a moving load without stopping the natural transport stream.
Задача решена следующим образом. The problem is solved as follows.
По способу вибрационных испытаний, заключающемуся в том, что к пролетному строению мостовой конструкции прикладывают подвижную нагрузку, возбуждающую в нем вынужденные и собственные колебания, и регистрируют их во времени, в качестве подвижной нагрузки используют естественный транспортный поток, движущихся по пролетному строению, причем вертикальные колебания пролетного строения регистрируют одновременно в нескольких точках измерения, рассчитывают частотные и взаимные частотно-фазовые спектры колебаний по всем точкам измерения, частоту собственных колебаний определяют по максимумам просуммированного по всем точкам измерения взаимного частотно-фазового спектра, из частотных спектров сначала вычитают найденные собственные частоты и затем определяют вынужденные колебания, по которым судят о динамических коэффициентах. According to the method of vibration testing, which consists in applying a movable load to the span structure of the bridge structure, which excites forced and natural vibrations in it, and registering them in time, use a natural traffic flow moving along the span as a moving load, with vertical vibrations spans are recorded simultaneously at several measurement points, the frequency and mutual frequency-phase spectra of oscillations are calculated for all measurement points, hours the frequency of natural oscillations is determined by the maxima of the measured mutual frequency-phase spectrum summed over all measurement points, the found natural frequencies are first subtracted from the frequency spectra and then the forced oscillations are determined by which dynamic coefficients are judged.
Заявляемый способ отличается от прототипа следующими основными признаками. The inventive method differs from the prototype in the following main features.
- Во-первых, в качестве подвижной нагрузки используется естественный транспортный поток, в котором могут присутствовать транспортные средства с различным весом, габаритом и скоростью движения. Естественный транспортный поток не нарушается. Для анализа колебаний пролетного строения используется основное качество такого потока транспортных средств - его случайный характер. Именно этот факт позволяет достичь качественно нового уровня в решении задачи исследования динамических характеристик мостовой конструкции. - Firstly, a natural traffic stream is used as a moving load, in which vehicles with different weight, size and speed can be present. Natural traffic flow is not disturbed. To analyze the fluctuations of the span, the main quality of such a stream of vehicles is used - its random nature. It is this fact that allows us to achieve a qualitatively new level in solving the problem of studying the dynamic characteristics of a bridge structure.
- Вторым отличительным признаком является использование для регистрации вертикальных колебаний пролетного строения одновременно нескольких точек измерения. Известно, что если конструкцию подвергнуть случайному воздействию, то спектр реакции, измеренный в любой точке конструкции, достигает максимума на тех частотах, на которых находится максимум спектра воздействия или максимум собственных частот колебаний конструкции. Чтобы разделить эти максимумы, следует учесть, что на собственных частотах все точки конструкции вибрируют в фазе или противофазе. Поэтому при использовании нескольких точек измерения, в которых на исследуемой поверхности размещаются приемники вибрации, можно добиться разделения частот вынужденных и собственных колебаний. Различные транспортные средства возбуждают в пролетном строении различные частоты вынужденных колебаний. Поэтому при случайном характере движения транспортных средств по пролетному строению частоты вынужденных колебаний будут размещаться в виде шумовой дорожки на взаимном частотном спектре, а собственные частоты будут выделяться устойчивыми максимумами на фоне такой шумовой дорожки. Чем более насыщенным и случайным будет естественный транспортный поток, тем ярче будут выделяться максимумы частот собственных колебаний во взаимных частотных спектрах. - The second distinguishing feature is the use of several measurement points for recording vertical vibrations of the span at the same time. It is known that if a structure is exposed to a random effect, then the reaction spectrum measured at any point in the structure reaches a maximum at those frequencies at which the maximum of the exposure spectrum or the maximum of the natural vibration frequencies of the structure is located. To separate these maxima, it should be taken into account that at the natural frequencies all points of the structure vibrate in phase or out of phase. Therefore, when using several measurement points at which vibration detectors are located on the surface under study, it is possible to achieve separation of the frequencies of forced and natural vibrations. Various vehicles in the span excite various frequencies of forced oscillations. Therefore, with the random nature of the movement of vehicles along the span, the frequencies of forced oscillations will be placed in the form of a noise track in the mutual frequency spectrum, and the natural frequencies will be allocated with stable maxima against the background of such a noise track. The more saturated and random the natural traffic flow will be, the brighter the maxima of the frequencies of natural vibrations in the mutual frequency spectra will stand out.
- В-третьих, после операции одновременной регистрации колебаний по нескольким точкам измерения определяются с использованием программных алгоритмов частотные и взаимные частотно-фазовые спектры колебаний пролетного строения. Минимальное число точек измерения для проведения анализа взаимных частотно-фазовых спектров не должно быть меньше двух. С увеличением числа точек измерения в n раз точность определения собственной частоты колебаний по максимуму во взаимном частотно-фазовом спектре возрастает в n раз. Частоту собственных колебаний определяют по максимумам просуммированного по всем точкам измерения взаимного частотно-фазового спектра. Затем из частотных спектров вычитают найденные таким образом собственные частоты, после чего по полученным частотным спектрам определяют вынужденные колебания, по которым судят о динамических коэффициентах. - Thirdly, after the operation of simultaneous registration of vibrations at several measurement points, the frequency and mutual frequency-phase spectra of the span vibrations are determined using software algorithms. The minimum number of measurement points for the analysis of mutual frequency-phase spectra should not be less than two. With an increase in the number of measurement points by a factor of n, the accuracy of determining the natural frequency of oscillations from the maximum in the mutual frequency-phase spectrum increases n times. The frequency of natural oscillations is determined by the maxima of the total frequency-phase spectrum summed over all measurement points. Then, the natural frequencies found in this way are subtracted from the frequency spectra, after which the forced oscillations are determined from the obtained frequency spectra, according to which dynamic coefficients are judged.
На чертеже представлена блок-схема устройства, содержащего три приемных виброканалов и позволяющего реализовать предложенный способ испытания пролетного строения, где 1 - вибропреобразователи, 2 - интегрирующие усилители-фильтры верхних частот (ВЧ), 3 - коммутатор, 4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 5 - электронно-вычислительная машина (ЭВМ), 6 - шина адресов, 7 - шина данных. В качестве вибропреобразователей (1) использованы совмещенные в одном корпусе низкочастотный пьезокристалл, подключаемый к фильтру нижних частот (НЧ) и преобразователю импеданса. Максимальная частота пропускания фильтра НЧ должна быть не менее максимальной в спектре ожидаемого колебательного процесса (обычно не выше 50 Гц). Фильтр НЧ подключается к преобразователю импеданса, позволяющему согласовать высокое выходное сопротивление пьезокристалла (от сотен МОм до нескольких ГОм) с низким входным сопротивлением соединительного кабеля. Такая конструкция позволяет избежать паразитных электромагнитных наводок в соединительном кабеле и снизить до минимума перегрузки по напряжению в последующих электронных цепях, поскольку динамический диапазон сигнала, снимаемого с пьезокристалла, высок и обусловлен свойством пьезокристалла регистрировать ускорение, а для анализа прогибограмм и виброграмм требуется анализ смещения (ускорение - вторая производная от смещения; например, для синусоидальных колебаний ускорение пропорционально произведению смещения на квадрат частоты колебаний). Вибропреобразователи (1) закрепляются в точках измерения на поверхности пролетного строения. Соединительным кабелем каждый вибропреобразователь (1) подключается к собственным последовательно включенным двум интегрирующим усилителям (2), реализующим процедуру двукратного интегрирования для получения зависимости выходного напряжения от смещения. Дополнительно усилители - интеграторы охвачены частотно-зависимой обратной связью для формирования нижней частоты рабочего диапазона регистрирующей аппаратуры (фильтр ВЧ). Нижняя частота выбирается исходя из требований по измерению динамического коэффициента с учетом минимальной скорости движения транспортных средств и длины пролетного строения (от нескольких Гц до десятых долей Гц). Сигналы с выходов усилителей-интеграторов (2) поступают на коммутатор (3), который позволяет организовать упорядоченный прием аналоговых сигналов по всем точкам измерения вибросигналов. Аналоговый сигнал с коммутатора (3) преобразуется АЦП (4) в цифровой код и подается в ЭВМ (5) по шине данных (7). Синхронизацией работы коммутатора (3) управляет ЭВМ (5) по шине адресов (6). В ЭВМ (6) с использованием программного обеспечения производится расчет трех частотных и трех взаимных частотно-фазовых спектров колебаний по всем трем точкам измерения. Далее в ЭВМ проводится расчет суммарного взаимного частотно-фазового спектра, по максимумам которого определяются частоты собственных колебаний. Найденные таким образом частоты собственных колебаний вычитают из частотных спектров, после чего из полученных частотных спектров определяются вынужденные колебания (их максимальные и средние значения), по которым судят о динамических коэффициентах при различных скоростях движения транспортных средств по пролетному строению. The drawing shows a block diagram of a device containing three receiving vibrochannels and allowing to implement the proposed method for testing the span, where 1 - vibration transducers, 2 - integrating high-pass filter amplifiers (HF), 3 - switch, 4 - analog-to-digital converter (ADC) ), 5 - electronic computer (computer), 6 - address bus, 7 - data bus. As vibration transducers (1), a low-frequency piezocrystal combined in one housing is used, connected to a low-pass filter (LF) and an impedance converter. The maximum transmission frequency of the low-pass filter should be no less than the maximum in the spectrum of the expected oscillatory process (usually not higher than 50 Hz). The low-pass filter is connected to an impedance converter, which allows you to match the high output impedance of the piezocrystal (from hundreds of megohms to several ohms) with the low input impedance of the connecting cable. This design avoids spurious electromagnetic interference in the connecting cable and minimizes voltage overload in subsequent electronic circuits, since the dynamic range of the signal taken from the piezocrystal is high and due to the property of the piezocrystal to register acceleration, and analysis of deflection and vibration programs requires displacement analysis (acceleration is the second derivative of the displacement; for example, for sinusoidal oscillations, the acceleration is proportional to the product of the displacement by the square of the frequency natural oscillations). Vibration transducers (1) are fixed at measuring points on the surface of the span. By connecting cable, each vibration transducer (1) is connected to its own series-connected two integrating amplifiers (2), which implements the double integration procedure to obtain the dependence of the output voltage on the bias. Additionally, the integrator amplifiers are covered by frequency-dependent feedback to form the lower frequency of the operating range of the recording equipment (high-pass filter). The lower frequency is selected based on the requirements for measuring the dynamic coefficient, taking into account the minimum speed of vehicles and the length of the span (from a few Hz to tenths of a Hz). The signals from the outputs of the amplifier-integrators (2) are fed to the switch (3), which allows you to organize an orderly reception of analog signals at all points of measurement of vibration signals. The analog signal from the switch (3) is converted by the ADC (4) into a digital code and fed to the computer (5) via the data bus (7). The synchronization of the switch (3) is controlled by a computer (5) via the address bus (6). In computer (6), using software, three frequency and three mutual frequency-phase vibrational spectra are calculated for all three measurement points. Next, the computer calculates the total mutual frequency-phase spectrum, the maxima of which determine the frequencies of natural vibrations. The natural vibration frequencies found in this way are subtracted from the frequency spectra, after which the forced oscillations (their maximum and average values) are determined from the obtained frequency spectra, which are used to judge the dynamic coefficients at various speeds of vehicles along the span.
Поскольку в качестве датчиков вибрационных колебаний используются низкочастотные пьезокристаллы, обладающие практически линейной частотной и фазовой характеристикой в рабочем диапазоне частот, то точность измерений значительно возрастает и ограничена лишь частотно-фазовыми предискажениями аналоговой части устройства, которые с высокой степенью точности могут быть измерены в камеральных условиях и учтены при цифровом анализе виброграмм. Since low-frequency piezocrystals with an almost linear frequency and phase response in the operating frequency range are used as vibration vibration sensors, the measurement accuracy increases significantly and is limited only by the frequency-phase pre-distortions of the analog part of the device, which can be measured with high accuracy under laboratory conditions and taken into account in the digital analysis of vibrograms.
Список источников информации:
1. Авторское свидетельство N 1769056, G 01 N 3/00, 10.12.90
2. Кириллов B.C. Эксплуатация и реконструкция мостов и труб на автомобильных дорогах. - М.: Транспорт, 1971, 196 с.List of sources of information:
1. Copyright certificate N 1769056, G 01 N 3/00, 10.12.90
2. Kirillov BC Operation and reconstruction of bridges and pipes on roads. - M .: Transport, 1971, 196 p.
3. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений. - М.: Высшая школа, 1975, 252 с. 3. Dolidze D.E. Testing of structures and structures. - M.: Higher School, 1975, 252 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97119219A RU2140626C1 (en) | 1997-11-03 | 1997-11-03 | Process of vibration test of frameworks of bridge structures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97119219A RU2140626C1 (en) | 1997-11-03 | 1997-11-03 | Process of vibration test of frameworks of bridge structures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97119219A RU97119219A (en) | 1999-08-20 |
| RU2140626C1 true RU2140626C1 (en) | 1999-10-27 |
Family
ID=20199162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97119219A RU2140626C1 (en) | 1997-11-03 | 1997-11-03 | Process of vibration test of frameworks of bridge structures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2140626C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2767944C1 (en) * | 2021-09-06 | 2022-03-22 | Акционерное общество "Спецремпроект" | Method for vibration control of the technical condition of bridge structures |
-
1997
- 1997-11-03 RU RU97119219A patent/RU2140626C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Кириллов В.С. Эксплуатация и реконструкция мостов и труб на автомобильных дорогах. - М.: Транспорт, 1971, 196 с. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2767944C1 (en) * | 2021-09-06 | 2022-03-22 | Акционерное общество "Спецремпроект" | Method for vibration control of the technical condition of bridge structures |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hixson | Mechanical impedance | |
| Grédiac et al. | Direct identification of elastic constants of anisotropic plates by modal analysis: Experimental results | |
| Buzdugan et al. | Vibration measurement | |
| KR100994247B1 (en) | Method and apparatus for determining phase sensitivity of an accelerometer based on an analysis of the harmonic components of the interference signal | |
| CA1082366A (en) | Method and apparatus for determining weight and mass | |
| JP3313028B2 (en) | Measurement method of bending stiffness and tension of cable under tension | |
| US4296483A (en) | Method and means for measuring geophone parameters | |
| RU2140626C1 (en) | Process of vibration test of frameworks of bridge structures | |
| CA1257920A (en) | Measurement of wave propagation power flow in structures | |
| Gaul et al. | Determination of Material Properties of Plates from Modal ESPI Measurements,# 5 | |
| US5349863A (en) | Shock sensor and devices to which the latter is applied | |
| JPH07113721A (en) | Vibration testing device, vibration testing method, and vibration testing jig for structure | |
| Schlegel et al. | Dynamic calibration of force transducers using sinusoidal excitations | |
| RU2284489C1 (en) | Vibration testing method to control technical bridge span state | |
| RU2519833C2 (en) | Calibration method of piezoelectric accelerometer at lower frequencies, and device for its implementation | |
| Rouse et al. | Vibration studies of Monticello dam | |
| EP4083586A1 (en) | System and method for the determination of object properties | |
| Karczub et al. | Finite differencing methods for the measurement of dynamic bending strain | |
| SU735960A1 (en) | Device for measuring dynamic elasticity modulus of material specimen | |
| SU1536332A1 (en) | Apparatus for testing seismometers | |
| Singh et al. | Measurement of Dynamic Response Parameters of an Underdamped System | |
| SU1086389A1 (en) | Acceleration meter sensitivity vector measuring method | |
| SU838591A1 (en) | Method of determining transforming coefficient of piezoaccelerometer | |
| JPH0365857B2 (en) | ||
| SU1651124A1 (en) | Electrodynamic calibrating shaker unit |