橋梁振動的激振方法
行業科技
作者：歐光信
在進行橋梁動載實驗時，首先應設法使橋梁結構產生一定的振動，然後應用各類測振儀器加以拾振和記錄，所記錄的振動圖形通常都是結構振動係統的振動量與時間的關係曲線，即某一振動物理量的時間裏程曲線。由此可分析得到結構的動力特性及影響。
激起橋梁振動的方法很多，應根據橋梁的類型和結構剛度進行選擇，以簡單易行、便於實驗檢測為原則。
一、自振法
自振法的特點是使橋梁產生有阻尼的自由衰減振動，記錄到的振動圖形則為橋梁的衰減振動曲線。為使橋梁自由振動，一般常用突加荷載和突卸荷載兩種方法。
1.突加荷載法（力激振法或衝擊法）
在被測結構上急速地施加一個衝擊作用力，由於施加衝擊作用的時間短促，因此，施加於結構的作用實際上是一個衝擊脈衝作用。由振動理論可知，衝擊脈衝的動能傳遞到結構振動係統的時間，要小於振動係統的自振周期，並且衝擊脈衝一般都包含了從零到無限大的所有頻率的能量，它的頻譜是連續譜。隻有被測結構的固有頻率與衝擊脈衝之間相同或很近時，衝擊脈衝的頻率分量才對結構起作用，從而激起結構以固有頻率作自由振動。運用這個道理並根據不同的結構類型可采用下述幾種衝擊法。
對於中、小型橋梁結構，可采用枕木垂直衝擊橋麵，激起橋梁作豎直方向的自由振動。如果水平方向衝擊橋麵緣石，則可激起橫向振動。對於混凝土樁，可用枕木或重錘在水平方向衝擊樁頭，激起樁作水平方向的自由振動。
在實踐中，常利用實驗車輛在橋麵上駛越三角墊木，利用車輪的突然下落對橋梁產生衝擊作用，激起橋梁的橫向振動。但此時所測得的結構固有頻率包括了實驗車輛這一附加質量的影響。
近年來，在橋梁的動載實驗中，還采用了爆炸和發射小型火箭產生脈衝荷載等辦法來激起結構的振動。
采用突加荷載法時，應注意衝擊荷載的大小及其作用位置，如果要激起結果的整體振動，則必須在橋梁的主要受力構件上施加足夠的衝擊力。衝擊荷載的位置可按所要結構的振型來確定，如為了獲得簡支橋梁的第一振型，則衝擊荷載應作用於跨中部位，測第二振型時衝擊荷載應加於跨度的四分之一處。
衝擊法引起的自由振動，一般可以記錄到第一固有頻率的振動圖形，如用磁帶記錄儀取結構某處之響應，通過頻譜分析，則可獲得多階固有頻率的參數。
2.突然卸載法（位移激振法）
采用突然卸載法時，在結構上預先施加一個荷載作用，使結構產生一個初位移，然後突然卸去荷載，利用結構的彈性性質使其產生自由振動。
為了卸落荷載，可通過自動脫鉤裝置或間斷繩索等方法，有時也專門設計一種斷裂裝置，當預加力到達一定的數值時，在繩索中間的斷裂裝置便突然斷離，因而激發結構振動。
突卸荷載的大小要根據所需最大振幅計算求出。
實際上，在橋梁結構進行強迫振動響應的測試中，如以實驗車輛荷載作為激振器，當車輛以一定速度駛離橋跨很短一段時間後，橋梁的振動即為自由衰減運動。
二、共振法（強迫振動法）
共振法是利用專門的激振裝置，對結構施加激振力，使結構產生強迫振動，改變激振力的頻率而使結構產生共振現象，借助共振現象來確定結構的動力特性。激振設備有機械式激振器、電動式激振器和電器液壓式振動台。