Page 11 - 《振动工程学报》2026年第2期

一阶反对称竖弯

一阶对称竖弯
第 2 期 封周权，等：环境激励下大跨度斜拉桥模态参数识别的贝叶斯谱分解法研究 327

括 6 阶模态的频率、阻尼比和振型，以及模态力和预
测误差的功率谱密度），而 BSD 每次优化仅涉及 4 个
变量，这显然将提升识别的效率。尽管 AFDD 可以 (c) 二阶反对称竖弯(f=0.891 Hz)
(c) Second-order antisymmetric vertical bending
通 过 奇 异 值 分 解 快 速 获 得 频 率 和 振 型， 但 它 仍 需
要 使用 NExT 和 HHT 来 计 算 阻 尼 比 ， 延 长 了 计 算
时间。

(d) 二阶对称竖弯(f=1.005 Hz)
(d) Second -order symmetric vertical bending
3 工 程 应 用
图 7 前四阶竖弯模态特性
Fig. 7 Characteristics of first four-order vertical bending
某跨海航道桥为三塔钢箱梁斜拉桥，跨径布置
modes
为 110+129+258+258+129+110=994 m，斜拉索呈竖琴
994
型单索面布置，索塔采用顺桥向“帆”“海豚”形双柱 110 129 258 258 129 110
塔，结构体系采用六跨连续半漂浮体系，接下来分别
通过有限元软件和环境振动试验对该桥的动力特性 J1 J2 J2 J4 J5 J6 J7 J8J9 J10 J11
进行分析。 加速度计 单位: m

3.1 有限元分析 图 8 加速度计布设方案
Fig. 8 Accelerometer layout scheme
采用授权的 ANSYS 软件对该跨海航道桥的动
30
力特性进行初步分析。其中，主梁（含横梁）和主塔 20
采 用 梁 单元 beam4 模 拟 ， 拉 索 采 用 杆 单 元 link10 模 10
拟，由此建立的主桥结构成桥状态的有限元模型如 加速度 / (m·s −2 ) 0
图 6 所示。通过模态分析得到了该桥的前四阶竖弯 −10
模态频率及振型，如图 7 所示。 −20
−30
0 1 2 3 4
时间 / s ×10 4
通道1 通道2 通道3
通道4 通道5 通道6
通道7 通道8 通道9
通道10 通道11

图 6 有限元模型
图 9 11 个通道的加速度响应
Fig. 6 Finite element model
Fig. 9 Acceleration responses of eleven channels

3.2 环境振动试验 10 0
由于该桥已经安装了调谐质量阻尼器（TMD）， 10 −2
在 进 行 环 境 振 动 试 验 时， 我 们 将 TMD 锁 定 ， 以 确 幅值 / (m 2 ·s −3 ) 10 −4
保所识别的模态阻尼比能够反映结构自身的阻尼 10 −6
特性。在该跨海航道桥上共安装 11 个加速度计，加
10 −8
速度计布设位置及编号如图 8 所示。采样频率设 0 0.5 1.0 1.5 2.0
频率 / Hz
为 100 Hz，测试时长共计 10 h，11 个通道的加速度响 通道1 通道2 通道3
通道4 通道5 通道6
应及经傅里叶变换所得功率谱密度如图 9 和图 10 通道7 通道8 通道9
通道10 通道11
所示。
图 10 11 个通道的功率谱密度

Fig. 10 Power spectral densities of eleven channels
随后，分别利用 BSD 与 SSI 对前四阶竖弯模态
(a) 一阶反对称竖弯(f=0.340 Hz) 的频率与阻尼比进行识别，结果如表 4 所示。
(a) First-order antisymmetric vertical bending
通过表 4 的数据可以得知，两种方法对前四阶
频率的识别结果基本一致。由两种方法识别得到的
模态阻尼比也吻合较好，最大差异未超过 15%，前四
(b) 一阶对称竖弯(f=0.485 Hz)
(b) First-order symmetric vertical bending 阶阻尼比均在 附近，这也与相关规范中关于钢
0.005

二阶反对称竖弯

二阶对称竖弯