香港青马大桥

发布时间:03/31/2021 16:08:17
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青马大桥位于中国香港特别行政区西北部;该桥东起葵青区青衣岛,上跨马湾海峡,西至荃湾区马湾岛后,汇接汲水门大桥,组成青屿干线道路,途经铁路为香港机场快线。


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图1  青马大桥


该桥分别由水上主桥、南北引桥、两座塔柱、及其各立交匝道组成,主桥路段呈东北至西南方向布置。是一座公铁两用双层钢悬索桥,上层为公路车道,下层为双线铁路及两条行车道,可做维修通道;若在强风或发生紧急事故时,下层两条车道可作交通改道之用。


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图2  青马大桥


青马大桥全长2160米,水上主跨1377米,桥宽42米,桥塔高度(至鞍座)206米,每个鞍座重500墩,固定主缆的两个锚碇分别重20万吨和25万吨。主缆直径1.1米,由33400根直径为5.38毫米钢丝组成,钢丝总长16万千米,总重2.67万吨,每条主缆荷载5.3吨。桥身钢材总重量4.9万吨,每米桥身重量为22.7吨。


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图3  青马大桥


1997年,我检测中心曾对青马大桥进行监测研究。

 

秦权教授等从已测试的香港青马大桥脉动加速度反应信号中识别出全桥的振动模态。考虑到青马桥上部结构自重21万余吨,需要巨大的加载设备,也考虑到青马桥安全实时监测系统不能妨碍正常交通,所以选用了不需加载设备的脉动试验。试验是在加劲梁铺装完成后进行的(1997年3月31日至4月28日),故能拾取桥在完好状态下的“指纹”,为今后的健康监测提供依据。


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图4  青马桥加劲梁测点布置


与过去其它悬索桥(Golden Gate bridge、Humber bridge and Bosporus Ⅱ bridge等)的试验不同的是,青马桥试验是在通车前进行的,因此脉动荷载中不包括交通荷载这个强度最大的宽带荷载。加之在测量过程中,有工程车辆特别是质量巨大的施工机车在整个加劲梁上时开时停,或快或慢,振动信号受到较大的干扰,此外,少量加速度记录还出现由信号放大记录设备不稳定引起的直流漂移和超量程现象,从而导致记录的加速度信号相对弱、信噪比相对低而且明显非平稳。由于模拟滤波器不能有效地去除这些干扰,设计一种有效的数字滤波器十分重要。70年代,出现了基于频率抽样法和Chebyshev最佳一致逼近法设计的线性相位FIR数字滤波器 由于Chebyshev数字滤波器能严格地确定通带和阻带边缘频率,故用它代替窗函数数字滤波器对桥梁振动信号进行预处理。


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图5  桥断面测点布置


时域模态识别法由于没有频域法关于采样时间长度的严格限制,而且不需要进行数据的平均处理,因而可以缩短数据采集的时间,并反映结构非线性,因此日益受到重视。故秦权教授采用时域模态识别法确定青马桥完好状态下的自振模态。


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图6  滤波后的加劲梁加速度信号

时域模态参数识别法要求同时测量结构各测点的振动。对于大型结构,这样做需要大量的加速度计和仪器通道。然而,性能优良的加速度计和多通道的放大、记录设备十分昂贵,在只有有限数目加速度计的情况下,全桥模态测量只能先分若干个组进行,然后再拼装出全桥模态。而国内外鲜有报道用时域模态识别法从这种分组测量的数据识别全桥模态。识别前先需将脉动信号转变为自 由反应信号(RD函数)。为了进一步提高时域模态参数识别法抵抗噪声干扰能力,秦权教授采用了改进的特征系统实现算法(简称FERA法)。模态参数的识别是分组进行的,再利用测量参考点信息,拼装出全桥的模态。秦权教授同时完成了全部软件。识别结果标明,秦权教授的模态识别方法是可行的。

 

 

 

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