基于模态测试的桥墩刚度评估试验研究

摘要

为评估施工阶段桥墩的结构性能并保障其长期服役安全，提出一种基于环境激励模态测试的桥墩刚度定量评估方法。以某框架式高墩为对象，开展环境激励下桥墩纵、横向模态测试。首先，应用随机子空间识别(stochastic subspace identification, SSI)与增强频域分解(enhanced frequency domain decomposition, EFDD)方法对桥墩的振动响应数据进行处理，识别并提取桥墩的关键模态参数；然后，依据墩底设计弯矩及墩高推算作用在桥墩上的水平设计荷载，并结合识别出的模态振型，预测该设计荷载作用下桥墩在纵向与横向的模态位移响应；最后，利用实测模态参数及预测的设计荷载模态位移计算桥墩的实测模态刚度，参照设计理论或规范计算理论设计刚度，通过对比分析两者刚度比，评估桥墩实际结构性能状态。结果表明：环境激励模态测试可有效识别桥墩双向动力特性；仅需前2阶纵、横向频率与振型，即可通过模态柔度矩阵高精度预测模态位移，满足工程精度要求；预测的纵、横向模态刚度均大于理论值(刚度比大于1.0),验证了施工期桥墩满足设计刚度要求。所提方法通过模态刚度有效关联桥墩动力与静力特性，为施工期桥墩刚度状况的快速、准确评估提供了实用技术途径，具有显著的工程应用价值。

关键词

桥涵工程 / 模态刚度 / 在建高墩 / 环境激励 / 模态位移柔度 / 刚度比