DB36T 1498-2021 基于振動測試法橋梁檢測技術規(guī)程

ICS93.040CCSP28DB36Technicalspecificationforbridgedetectionbasedonvibrationte江西省市場監(jiān)督管理局發(fā)布IDB36/T1498—2021前言 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14基本規(guī)定 25測試設備 26橋梁振動測試 37檢測報告 7附錄A(規(guī)范性)測試設備的技術要求 8附錄B(資料性)橋梁結構行車舒適性 10附錄C(資料性)索力振動法檢測 12附錄D(規(guī)范性)檢測原始記錄表 14條文說明 DB36/T1498—2021本文件按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由江西省交通運輸廳提出并歸口。本文件起草單位：江西省交通科學研究院有限公司、江西省交通投資集團有限責任公司、江西省交通職業(yè)技術學院、江西省公路管理局、南昌市公路管理局、華東交通大學。本文件主要起草人：伍建強、羅強、溫永華、孫洋、陳浩、張志勇、周葉軍、艾志勇、代力、朱澤文、劉永明、林旭、吳繼鋒、李德慧、程海根、鄧澤城、龔昕、祝譚雍、陳瑛、程振華、葉武元。1DB36/T1498—2021基于振動測試法橋梁檢測技術規(guī)程本文件規(guī)定了基于振動測試法橋梁檢測的術語和定義、基本規(guī)定、測試設備、橋梁振動測試、檢測報告。本文件適用于江西省高速公路運營橋梁的結構振動特性檢測。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T14412機械振動與沖擊加速度計的機械安裝JTGD60公路橋涵設計通用規(guī)范JTGH11公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范JTG/TJ21-01公路橋梁荷載試驗規(guī)程JTG/TJ21公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1自振特性naturalvibrationcharacteristics表示橋梁結構固有特性的基本物理量，如固有頻率、振型和阻尼比等。3.2振動響應vibrationresponse表示橋梁結構受振動荷載輸入作用時的輸出，如位移響應、速度響應、加速度響應等。3.3頻率范圍frequencyrange傳感器或測振系統(tǒng)正常工作的頻帶，在這個頻帶內(nèi)輸入信號頻率的變化不會引起它們的靈敏度發(fā)生超過指定的百分數(shù)的變化。3.4靈敏度sensitivity2DB36/T1498—2021表示傳感器信號輸出幅值與被測信號的輸入幅值之比。3.5信噪比signaltonoiseratio表示放大器的輸出信號的電壓與同時輸出的噪聲電壓的比。3.6振動測試vibrationtest通過激振測試橋梁結構的自振特性和振動響應。3.7沖擊系數(shù)impactfactor汽車過橋時對橋梁結構產(chǎn)生的豎向動力效應的增大系數(shù)。3.8行車舒適性ridingquality車輛以適宜的速度通過橋梁時，不會產(chǎn)生過大的影響駕乘人員舒適性的振動特性。4基本規(guī)定4.1一般規(guī)定4.1.1振動測試法可檢測橋梁結構的狀態(tài)。4.1.2橋梁結構振動測試實施前，依據(jù)現(xiàn)有的行業(yè)標準、設計文件，應編制檢測方案。4.1.3橋梁振動測試法檢測所需技術參數(shù)，宜依據(jù)竣工資料或設計文件按相關標準規(guī)范取用。4.2現(xiàn)場檢測程序4.2.1檢測前，應通過實地調(diào)查，并參考歷年檢測資料，掌握橋梁病害、使用荷載和養(yǎng)護維修情況，搜集相關技術資料，確定檢測的技術參數(shù)。4.2.2橋梁結構的振動特性檢測一般按照以下步驟進行：1）根據(jù)檢測對象及目的，選擇合適的測量參數(shù)；2）根據(jù)橋梁結構形式和檢測要求布置測點；3）選擇并安裝傳感器；4）連接導線（包括屏蔽線和接地線），對整個測量系統(tǒng)進行調(diào)試；5）選擇合適的激勵；6）采集數(shù)據(jù)并保存。4.2.3現(xiàn)場檢測時，檢測設備均應有防風、防塵、防雨雪、防潮、防曬、防振和接地等保護措施。4.2.4檢測環(huán)境應避開外界干擾振源，測點應注意橋下管道、電磁場、噪聲、射線等因素的影響。4.2.5對橋梁結構的振動特性進行現(xiàn)場檢測時，不得對結構造成損害。4.2.6現(xiàn)場檢測應滿足相應設備操作安全規(guī)程和相關國家安全規(guī)程。4.2.7實測數(shù)據(jù)應保存完整，按相關規(guī)定存檔。3DB36/T1498—20215測試設備5.1測試設備宜選用先進設備，技術性能應符合相關標準的規(guī)定，應按規(guī)定進行定期檢定、校準。5.2主要測試設備應滿足附錄A的要求。5.3測試設備的量程應滿足檢測要求。5.4同一次檢測應選用同種類型或規(guī)格的測試設備。5.5測試設備安裝完畢后，應進行系統(tǒng)調(diào)試，并進行不少于15min的穩(wěn)定觀測。5.6應采取必要的措施對檢測現(xiàn)場的測試設備進行安全保護。6橋梁振動測試6.1一般規(guī)定6.1.1噪聲干擾及控制措施如下：1）橋梁振動測試設備屬弱電設備，需要遠離電磁干擾源。2）為減少噪聲干擾，一般采用靜電屏蔽、電磁屏蔽、接地、浮置等措施。6.1.2根據(jù)結構特點、測試的精度要求及現(xiàn)場實際情況，選擇合適的激振方法。6.1.3測試過程中應對數(shù)據(jù)進行實時分析，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象應及時查明原因并采取相應措施。6.1.4采用計算機自動采集數(shù)據(jù)時，應對控制點的測值進行監(jiān)控。6.1.5應測試橋梁結構的自振特性參數(shù)和振動響應值。在檢測過程中，應觀察結構的響應現(xiàn)象。6.1.6按照相關標準和本文件的有關規(guī)定，對原始測試記錄進行科學分析處理，提取有價值的信息，通過分析橋梁結構的振動參數(shù)，形成相應的檢測報告。6.2測試內(nèi)容6.2.1橋梁結構自振特性檢測橋梁結構自振特性檢測內(nèi)容：1）橋梁結構自振特性應包括固有頻率、振型、阻尼比等參數(shù)。2）振動測試采集系統(tǒng)通頻帶應覆蓋橋梁結構擬測振型對應的頻率，頻率范圍應選擇（0.1～200）Hz，信噪比應大于80dB。3）振動測試的采樣頻率宜設定為基頻的20～30倍或檢測結構最大關注頻率的10倍以上，同時宜大于低通濾波截止頻率的3～4倍。4）采用環(huán)境激振法測量結構自振特性時，每個測站的采樣時間宜不少于30min。5）在所需測定橋梁結構振型的峰、谷點上布設測振傳感器，采用放大特性相同的多路放大器和記錄特性相同的多路記錄儀，同時測記各測點的振動響應信號。6）當因傳感器數(shù)量不足或其它因素而需要分多批測試時，可將結構分成若干測站，選擇并共用一個相同的參考點，在參考點和各測點分別布設測振傳感器，用特性相同的多路放大器和多路記錄儀，同時測記各測點的振動響應信號。7）多測站采樣時，每個測站的采樣頻率和采樣時間應該保持一致。6.2.2橋梁結構振動響應檢測橋梁結構振動響應檢測內(nèi)容：4DB36/T1498—20211）橋梁結構振動響應檢測是指橋梁結構在強迫振動荷載作用下的振動響應參數(shù)的測試，包括動撓度、動應變、速度及加速度等，通過這些測試參數(shù)可求得沖擊系數(shù)及行車舒適性（見附錄B）。2）檢測前，應估計被測量參數(shù)的最大值，然后調(diào)整儀器的量程，最大值宜落在量程的1/2～2/3之間，以獲得最大信噪比。3）現(xiàn)場檢測的測點布置應按照檢測的要求和目的，結合橋梁結構形式綜合確定。在變形和應變較大的部位應布置測點，振動測點應避開擬測振型的零點。4）現(xiàn)場檢測所采集的信息波形應不失真，采樣頻率宜大于所關心的結構自振頻率的10倍以上，采樣時間可根據(jù)信號衰減情況進行確定。6.3測試工況及測點布置6.3.1橋梁振動測試的工況應根據(jù)具體的測試參數(shù)和采用的激振方法確定，應說明有交通荷載工況或無交通荷載工況。6.3.2測點布置應符合下列規(guī)定：1）測試截面應根據(jù)橋梁結構振型特征和振動響應最大的原則確定。2）對簡支梁橋、連續(xù)梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋等主要橋型，按圖1～圖12和表1～表6選擇測試截面。3）將大型橋梁結構分成幾個單元分別測試，整個試驗布置同一個固定參考點，將幾個單元的測試數(shù)據(jù)通過固定參考點關聯(lián)，擬合得到全橋結構振型圖。4）測試橋梁結構行車響應時，應選擇橋梁結構振動響應幅值最大部位為測試截面。簡單結構宜選擇跨中1個測試截面，復雜結構應增加測試截面。5）動撓度在每個測試截面應至少布置1個測點。動應變在每個測試截面應布置不少于2個測點。表1簡支梁橋前3階模態(tài)的傳感器布置方案112233墩L/2墩圖1簡支梁橋前1階模態(tài)的傳感器布置方案圖2簡支梁橋前2階模態(tài)的傳感器布置方案圖3簡支梁橋前3階模態(tài)的傳感器布置方案5DB36/T1498—2021表2兩等跨連續(xù)梁橋前3階模態(tài)的傳感器布置方案122436墩L/4墩3L/4墩圖4兩等跨連續(xù)梁橋前1階模態(tài)的傳感器布置方案墩L/83L/8墩5L/87L/8墩圖5兩等跨連續(xù)梁橋前2階模態(tài)的傳感器布置方案墩L/12L/45L/12墩7L/123L/411L/12墩圖6兩等跨連續(xù)梁橋前3階模態(tài)的傳感器布置方案表3三等跨連續(xù)梁橋前3階模態(tài)的傳感器布置方案132639圖7三等跨連續(xù)梁橋前1階模態(tài)的傳感器布置方案圖8三等跨連續(xù)梁橋前2階模態(tài)的傳感器布置方案圖9三等跨連續(xù)梁橋前3階模態(tài)的傳感器布置方案DB36/T1498—2021表4拱橋模態(tài)的傳感器布置方案733圖10拱橋模態(tài)的傳感器布置方案表5斜拉橋模態(tài)的傳感器布置方案7311 邊跨次邊跨主跨次邊跨邊跨豎向傳感器a橫向傳感器圖11斜拉橋模態(tài)的傳感器布置方案67DB36/T1498—2021表6懸索橋模態(tài)的傳感器布置方案71圖12懸索橋模態(tài)的傳感器布置方案7檢測報告7.1工程概況橋梁工程概況描述：1）橋梁的所屬工程、名稱、建設或服役齡期、起止點或中心樁號、結構形式、跨徑組合、橋跨結構橫斷面形式、下部結構形式、設計荷載、運營車道數(shù)等主要技術指標。2）結構整體外貌照片，含主要尺寸的橋跨結構的立面圖、平面圖及橫斷面圖。7.2檢測目的及依據(jù)橋梁檢測目的及依據(jù)如下：1）應按橋梁結構類型和設計荷載說明檢測的目的。2）應列出檢測所依據(jù)的標準規(guī)范、規(guī)程、設計圖紙、竣工圖紙及其他相關資料。7.3檢測儀器設備應包括儀器設備的名稱、型號、設備編號、主要技術參數(shù)等，可列表給出。7.4橋梁檢測內(nèi)容：1）測試截面的選擇及傳感器測點布置，應圖示說明測試截面位置及傳感器在縱、橫斷面上的布置狀況。2）荷載工況應依次說明有交通荷載工況或無交通荷載工況。3）對現(xiàn)場采集的振動信號進行數(shù)據(jù)處理，分析得出結構自振頻率、阻尼比、索力（見附錄C）、沖擊系數(shù)及行車舒適性，對比自振頻率的實測值與理論值。4）檢測結論應包括測試的關鍵參數(shù)及結構的狀態(tài)。7.5檢測報告應突出重點、文理通順、表達清楚、結論正確、信息完整。7.6技術建議應根據(jù)檢測結論對結構提出有針對性建議，如限速、限載、封閉交通、養(yǎng)護、維修加固或改擴建等。8DB36/T1498—2021測試設備的技術要求A.1自振特性測試設備應滿足表A-1的技術要求表A-1自振特性參數(shù)測試設備的技術要求統(tǒng)0V~±5（10）V；②頻率響應：0kHz~③采樣頻率不低于9DB36/T1498—2021A.2振動響應測試設備應滿足表A-2的技術要求表A-2振動響應測試設備的技術要求統(tǒng)①橋壓范圍0V~±5②頻率響應：0kHz~統(tǒng)①橋壓范圍0V~±5②頻率響應：0kHz~②測量范圍：±2.5m（當最大測距）；②測量精度：±0.02mm~±0.03mm，DB36/T1498—2021橋梁結構行車舒適性車橋耦合振動會對人體產(chǎn)生心理和生理效應，狄克曼（Diekemann）指標K、斯佩林（Sperling）舒適性指標WZ的舒適性指標可以評價橋梁結構行車下的舒適性。車輛在橋上運行時，橋梁將產(chǎn)生振動，會引起司機、旅客及行人不舒適或不安全感。①狄克曼（Diekemann）指標KK的計算及判定標準見表B.1～表B.2。表B.1狄克曼指標K的計算f<2Hz，K=2Df22Hz≤f≤25Hz，K=4Dff>25Hz，K=100Df<5Hz，K=Df25Hz≤f≤40Hz，K=Dff>40Hz，K=200D注：D為振動幅值（單位mm）；f為強振頻率。表B.2人體對振動敏感度區(qū)域與K值對應表②斯佩林指標Wz（用于司乘人員舒適性評價）DB36/T1498—2021式中：Z--振動幅值，單位為厘米（cmf--強震頻率；F(f)--頻率修正函數(shù)，計算公式見表B.3。Wz判定標準見表B.4。表B.3F(f)計算公式F(f)計算公式0.5<f≤5.4Hz，F(xiàn)(f)=0.8f5.4<f≤26Hz，F(xiàn)(f)=650/f26<f，F(xiàn)(f)=1220.5<f≤5.4Hz，F(xiàn)(f)=0.325f25.4<f≤26Hz，F(xiàn)(f)=400/f226<f，F(xiàn)(f)=1表B.4車輛舒適性評價標準WZDB36/T1498—2021索力振動法檢測C.1一般規(guī)定如下：1）振動法測試索力時，采用隨機環(huán)境激振法，并采集索的振動信號。當測試系統(tǒng)靈敏度不夠時，通過人工激振產(chǎn)生橫向響應的余振信號。2）采集信號系統(tǒng)應符合本規(guī)程附錄A的技術要求。3）測試溫度宜與橋梁合攏時溫度一致，兩者溫度差宜控制在±5°C范圍內(nèi)。4）采樣頻率、分析點數(shù)、低通濾波器的截止頻率等參數(shù)的選擇應能有足夠的分辨率，保證測試精度，采樣時間一般不少于300秒。C.2檢測方法如下：1）索上安裝有阻尼器，測量時應臨時解除索的阻尼器。2）測試傳感器應用專門的夾具或綁帶固定在索股上，測量拉索的橫向振動信號。3）采樣頻率應大于或等于索股第5階自振頻率的5倍，應不低于100Hz。4）采集振動信號時，應注意觀察信號質(zhì)量，同時進行實時頻譜分析，以確認測試效果。5）采用自譜分析法，獲取索的多階自振頻率，應獲取前5～10階自振頻率。C.3索力計算如下：1）根據(jù)實測前5階自振頻率值，按每一階自振頻率計算索力，取平均值作為索力實測值。2）當索的抗彎剛度可以忽略時，按下式計算索力：3）當索的抗彎剛度不可忽略時，且索兩端約束條件可簡化為簡支時，按下式計算索力：式中：T─索力；fn─索的第n階自振頻率；DB36/T1498—2021L─索的計算長度；n─自振頻率階數(shù)；EI─索的抗彎剛度；p─索的線密度。4）對于索的物理參數(shù)無法明確時，換算索力存在較大誤差時，可直接采用頻差和歷史數(shù)據(jù)對比，可根據(jù)其變化情況來判斷索力變化狀況。DB36/T1498—2021檢測原始記錄表表D-1檢測原始記錄表DB36/T1498—2021條文說明該文件作為橋梁養(yǎng)護技術，歸入橋梁養(yǎng)護技術的文檔，按本文件對運營橋梁不中斷交通情況下進行振動測試，快速檢測高速公路運營橋梁的狀況，普通公路橋梁及城市橋梁檢測也可參照此文件執(zhí)行。振動測試法橋梁檢測除應遵守本文件外，尚應符合交通部有關標準規(guī)范的規(guī)定。3術語和定義3.7沖擊系數(shù)當車輛以一定速度通過橋跨或以一定的速度越障時，將引起橋梁的振動，從而使橋梁結構在靜應力和靜撓度的基礎上承受較大的動應力和動撓度。這種動荷載對應力和撓度增大的影響，通常采用沖擊系數(shù)來衡量。沖擊系數(shù)的大小綜合反映了橋跨結構的動力性能、橋面平整度及運行車輛的動力特性、車速等因素的影響。因此沖擊系數(shù)往往成為確定車輛載荷對橋梁動力作用的重要參數(shù)。振動測試中的沖擊系數(shù)計算采用橋梁無障礙行車下的動撓度或動應變時程曲線進行計算。沖擊系數(shù)計算公式如下：⑷式中：fanx─最大動撓度（動應變）幅值；fsx─取波形振幅中心軌跡的頂點值，或通過低通濾波求??；famin─與famx對應的動撓度（動應變）波谷值；f-p─撓度（應變）振動分量的峰-峰值。4基本規(guī)定4.1一般規(guī)定4.1.3對缺失設計資料的橋梁，可根據(jù)橋梁檢測資料，結合參考同年代類似橋梁設計文件或標準圖取用。4.2現(xiàn)場檢測程序4.2.1檢測前要搜集有關橋梁勘察設計、施工、監(jiān)理、運營、養(yǎng)護、試驗檢測及維修加固等方面的技術資料。調(diào)查了解橋梁病害史、使用中的特殊事件、限重限速原因、交通狀況、改擴建計劃、水文、氣候、環(huán)境等方面情況，有針對性地確定檢測內(nèi)容和工作重點。調(diào)查的資料主要包括：（1）勘察設計資料，主要包括：橋位地質(zhì)鉆探資料及水文勘測資料、設計計算書及有關圖紙、變更設計計算書及有關圖紙等；（2）施工、監(jiān)理、監(jiān)控與竣工技術資料，主要包括：材料試驗資料、施工記錄、監(jiān)理資料、施工監(jiān)控資料、地基與基礎試驗資料、竣工圖紙及其說明、交工驗收資料、交工驗收荷載試驗報告、竣工驗DB36/T1498—2021收有關資料等；（3）養(yǎng)護、試驗檢測及維修與加固資料，主要包括：橋梁檢查、荷載試驗、橋梁維修與加固等資料；（4）調(diào)查收集橋梁運營荷載的資料，主要包括：交通量、交通組成、車重、軸重等情況。4.2.2橋梁結構振動特性檢測一般按照以下步驟進行：合理設置檢測參數(shù)，包括對采樣頻率、數(shù)據(jù)采集時間、傳感器靈敏度、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)量程、幾何參數(shù)、低通濾波器截止頻率等參數(shù)進行設置。要求小信號不失真、大信號不超出量程，采用頻域分析法時要求頻率不混疊、譜線頻率間隔不大于實測自振頻率的1%。傳感器的安裝應與檢測目的相一致并遵循現(xiàn)行國家標準《機械振動與沖擊加速度計的機械安裝》（GB/T14412）的要求。傳感器安裝須與主體結構保持良好接觸，確保無相對振動。5測試設備5.3通常預計實測值處于測試設備量程的15%～85%。5.5測試設備安裝完畢后通常進行檢查，利用過往車輛來觀察測試設備工作是否正常。在檢測之前對各測點進行一段時間的穩(wěn)定觀測。觀測結果用于衡量外界氣候條件對測試結果的誤差影響，或用于測點的