浙江省交通运输科学研究院 310000
摘要:当今社会，人们对于距离的感知越来越弱，随着各种各项基础设施的建设，道路、高铁等的建设，距离已经不在是人们所必须考虑的问题。在基础道路的建设方面，有一项道路建设越来越受到关注。桥梁的建设对于整个社会而言，是极具重大意义的，在经济、文化、百姓生活等方面，都起着重要的交流沟通的作用。所以安全性的问题对于桥梁而言就显得十分重要了。本文就针对桥梁的各项性能进行的桥梁检测之中，信号处理以及模态分析分别具有怎样的功能、作用进行了相关的分析和研究。
关键字：桥梁检测；信号处理；模态分析；数据基础；
随着科学技术以及交通事业的发展，大型的桥梁在我国的国民经济以及社会生活之中起着至关重要的作用。因此，渐渐地，有关桥梁的实用性、安全可靠性以及耐久性一步步进入到人们的事业，受到人们的重视与关注。对于现在的大桥而言，有合理化的建筑设计以及可靠的控制施工是对于桥梁结构安全性的根本性保障，但是在现实生活中由于会受到气候、湿度、温度等一系列可控或者不可控的因素的综合影响，桥梁结构的多种功能会在一定程度上受损、退化，为其安全运行埋下隐患。
一、桥梁检测中的模态分析
（一）相关基础理论
从发展的历史上来说，模态分析的相关理论是从机械阻抗以及导纳的相关概念的基础上发展起来的。早期的概念是在二十世纪三十年代时期就已经形成了，发展到今天，已经形成了相对较为完整的理论和方法。近年来。模态分析的相关理论不断吸纳其他的理论性概念，如振动理论、数据处理、自动控制、数理统计以及信号分析等等，最终形成一套较为独特和完整的理论，为模态分析以及参数的辨识技术的演进与发展奠定了坚实的理论基础。【1】
针对模态分析的定义，模态分析是指把线性定常系统中的震动微积分方程组里的物理坐标转换成为模态坐标，使得方程组进行解耦，形成一组用模态坐标以及模态参数进行描述的独立方程，进而便于求出整个系统中的模态参数。坐标进行变换的变换矩阵被称为模态矩阵，他的每一列被称为模态振型。由于利用模态截断的相关处理方法，能够使得方程数大幅度的减少，从而节省了计算机的运行时间，缩减了机器的容量，降低了整体的计算成本，总的来说，对于大型的复杂结构中的振动分析来讲，能够带来巨大的益处。【3】
（二）应用研究
1.外观结构检测
对于桥梁进行外观结构的检测，主要是通过在实地对于桥体，桥面等相关位置的实际检测，来反映桥梁的现实状态和存在的相关问题。
所需要的主要检测仪器：
①裂缝测宽仪
②裂缝测深仪
③其他的相关辅助设备：望远镜，钢卷尺，测距仪
（2）针对桥梁结构以及病害的现状检测
利用相关的检测设备以及相关方法，例如，目测，裂缝观测仪以及高倍望远镜进行辅助观测等，进行对于大桥的主体结构现状以及存在的病害进行检测与测量。【2】
在病害检查之前，应收集桥梁的相关资料，例如设计图纸、维修加固记录等信息，参照图纸对桥梁各构件进行编号，在此基础上，进行观测，对主桥的跨数、桥台数、桥墩数、每一跨中的T梁个数进行统计和记录，以便于后期对于相关数据的记录和分析。
结果分析
在结果分析中，需要分别展现多项部位的相关检测结果，对于存在的病害进行具体的报告与分析，若状态良好，也要在结果分析中展示出来。
所需要具体做出报告的主要要素有桥的上部结构，梁桥的主梁；拱桥的主拱圈、吊杆、系梁等；索桥的主缆、桥塔；以及桥的下部结构，桥台、桥墩及其基础；以及桥面和桥头和路堤的连接部位、桥梁的伸缩缝、人行道、栏杆与护栏、灯具和相关的标志、排水的相关设施等附属设施【4】
2.桥梁静载试验
（1）检测所需要的相关设备以及检测方法
检测的相关设备：静态应变测试系统、应变传感器、挠度传感器、百分表、精密水准仪等。
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检测的方法：
①根据桥型，选取不同结构类型不同跨径的桥跨进行荷载试验。同类型同跨径的按照抽检频率选取易操作的桥跨作为试验跨。
②在控制截面或测试截面布置应变测点和挠度测点；在支座处设置支座压缩测点；在墩台处设置沉降观测点。采用静态应变测试系统对应变和挠度数据进行采集。在无法搭设支架时，可采用精密水准仪等设备对桥梁结构变位进行观测。
（2）试验荷载
试验荷载一般有加载车、水箱等。加载物的重量和位置都要准确控制，以保证试验的准确性与精确性。
（3）测试截面及测点布置
对桥梁结构进行有限元分析，选取主要承重构件最不利受力截面作为控制截面，在控制截面和辅助测试截面布置应变和挠度测点。
（4）测试结果分析
将采集到的数据进行处理，消除初读数据和残余，挠度数据还应扣除支座压缩和墩台沉降，得到实测弹性应变和弹性挠度后，与理论计算数值做比值，求得校验系数。
对于桥梁而言，桥梁的校验系数是评定桥梁的结构工作状况，确定整体桥梁的承载能力的一个首要的校验指标，当校验系数小于1时，说明桥梁的状态相对良好，当校验系数大于1时，表明桥梁承载能力存在一定程度的下降，需对桥梁进行加固。
3.桥梁动载试验
（1）检测内容
结构自振检测：拾取结构的振动速度或加速度，用于分析结构的固有频率、阻尼比等参数。
行车动力响应检测：采集测试截面的动挠度或动应变，用于分析结构的冲击系数。
（2）测点布置
一般在试验跨L/4、跨中、3L/4等截面的桥面上布置加速度/速度传感器，测试结构基频、振型等。在控制截面布置动应变或动挠度传感器，测试冲击系数。
桥梁的自振动力测试
桥梁的自振动力检测试验可以选择多种激励的方式进行测量，如汽车跳跃激励、汽车余振激励、周围环境激励，最终可得到桥梁的相关数据，如固有频率以及阻尼比等。
（4）结果分析
试验结果通过专用软件进行分析，分析出基频、阻尼比、冲击系数等参数。结构固有频率的实测值应与理论计算值进行比较，辅助判定结构的工作性能。
二、桥梁检测中的信号处理
桥梁检测中的信号处理，主要应用于检测中的模态分析，在模态分析中，会得到大量的相关信号数据，信号处理的作用就是在获得信号数据的同时，按照信号的频率等要素，对获得的信号进行合理的截断处理，此时，信号的截断频率固定，此后再将指定频率的采样频率进行直接的采样，进而得到离散型的震动数字化信号。
进行进一步的信号处理时，需要将先前得到的样本信号进行简单的划分，拆分为多个单元。每个单元中会含有多项数据，在对信号数据进行进一步处理的同时，将采集的信号依据小波变换，最终得到不同测点的频谱图，再利用频谱图以及其中的内涵信息对桥梁的状态进行分析。
在桥梁检测中运用信号处理的相关技术，能够对信号进行去噪的处理，有利于得到更加精确的测试结果，对桥梁的特性有更加深刻的了解，在测试实践中，能够取得良好的效果。
结语：
对于所有出行的人们来说，出行的安全性是人们首要需要进行关注与重视的，随着桥梁建设在我国越来越多，对于桥梁的安全性相关检测显得十分重要。桥梁检测能够对目前桥梁的现状进行反映，目前，越来越多，越来越有效的扥系处理方法被应用于桥梁检测当中，使得检测的结果更加精准。模态识别以及信号处理的相关研究方法的介入对于桥梁检测的精准性，全面性就有了相当大的提高，使得分析者对桥梁的荷载特征、自身特性有了更加深入、清楚的了解。
参考文献：
[1]庞晓青.桥梁检测中的信号处理及模态分析[D].武汉理工大学,2007.
[2]晏文渊.模态分析及信号处理在桥梁检测中的应用[D].长安大学,2011.
[3]胡俊.多自由度线性模态分析及其在桥梁检测中的应用[D].合肥工业大学,2003.
[4]刘鹏,吴振,戚冬艳等.脉动测试与模态分析在桥梁检测中的研究与应用[J].城市道桥与防洪,2014,(9):185-187.
论文作者:戴文远
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/8
标签：桥梁论文; 模态论文; 结构论文; 挠度论文; 截面论文; 应变论文; 测试论文; 《基层建设》2016年6期论文;