苏丹
辽宁省公路勘测设计公司 辽宁沈阳 110016
摘要：近年，伴随科技进步及社会经济高速发展，我国交通事业也在持续快速发展，不断增长的交通压力对道路桥梁工程质量、使用性能及耐久性提出更高要求，这就使得道路桥梁结构的质量、安全风险评估及维护决策分析工作中的检测工作显得尤为重要。本文基于当前无损检测技术，主要就道路桥梁检测中环境振动模态分析法应用进行探讨研究。
关键词：道路桥梁；检测；环境振动模态分析法；应用
在道路桥梁工程中，针对结构的检测工作是保证工程质量和交通运营安全畅通的重要手段，因此提升发展道路桥梁检测技术，能够为道路桥梁工程质量、安全风险评估评及维护决策分析提供更加精准的技术支撑，因而具有一定的实际意义。
1、环境振动模态分析的概念
环境振动模态分析也被称作运动模态分析，主要利用风荷载、车辆荷载和地脉动等自然环境条件激励桥梁结构,得到结构对环境振动的响应信号，继而分析结构响应信号得到相关模态参数结果，从而对结构的安全评估及维护决策分析提供有效的支持。且环境震动模态分析法相比较于传统的有输入输出的冲击振动测试,不需要额外的激励设备激振桥梁结构,使其具有操作简便、可持续性等特点。
2、环境振动模态分析的特点
2.1 操作简便
相比传统的模态分析方法，环境振动模态分析法有着更好的检测方式，可以降低检测难度。其主要通过自然力为系统输入，不需要采用激励器等装置，从而在测量的过程中，不需要反复移动激励器，进而降低了测量所用的时间和成本。
2.2 支持连续性检测
在某些特定条件下，若想获取更高精度的检测结果，需要维持数周或者是数月的时间，这是传统模态分析方法所不能实现的，究其原因，主要是传统测试方法中，其所用的设备容易在使用过程中老化，并且长时间的测试需要占用结构时间较长，但如果采用环境振动模态分析的方法进行检测就可以有效避免这类问题，在检测过程中，被测试的结构，仍然可以保持未测试的时候一样使用，从而实现连续性的检测。
2.3 MIMO技术
MIMO技术，在环境震动模态分析中简单说是多输入多输出，即在风荷载、车辆荷载、地脉动等自然情况下的输入量，可以对多点结构进行激励，传统的模态分析方法属于单输入输出的模式，而如果采用环境振动模态分析方法，就可以找到重复的极点，从而提升模态数据的精准度、可靠性。
2.4 现场检测
如果需要进行如复杂结构、构筑物等现场检测，传统的震荡器、冲击锤等，无法作为可靠的激励源，也就无法采用传统的模态分析进行测试，主要因为在结构方面，一些未知量较多。但如果应用环境振动模态分析方法，其分析结果的准确度与输入源之间，存在密切的关系，简单说，输入源的不断增加，产生了更高的分析结果准确度，从而就可以更好的真实表现结构的实际情况。其原因主要是现场检测过程中，这种方法的核心特质是将边界条件作为模态估计的基础。
3、道路桥梁检测中环境振动模态分析方法的应用
3.1 损伤检测
环境振动模态分析法在道路桥梁工程中是进行损伤检测的有效技术，特别是针对大中型的结构，如果出现结构方面的损伤，必然会促使固有频率、振型发生一定的改变，通过借助环境振动模态就可以获得相应的模态参数，进而对结构损伤进行有效的检定，精准的找到结构损伤位置及特征，从而为后续的工作奠定良好的基础及必要的依据。
3.2 无损检测
在当前的道路桥梁领域中，无损检测技术已经得到了良好广泛的应用，其是对结构的安全评估、健康监测及维护决策分析提供技术支持的有效方法。在无损检测技术中，震动模态分析法的突出优势即是可重点针对某个结构，在结构正常使用状态下，进行较长时间的连续性检测。因其这些突出特性，使得在环境振动模态分析方法之外，几乎是没有可以进行模态分析和提供准确模态信息的方法。
3.3 未知载荷估计
一般情况下，很难对道路桥梁结构所承受的载荷进行非常精准的测量，载荷主要是通过波、车辆等产生源产生，如果基于某种特定的原因，需要掌握相应的未知载荷，就可以应用环境振动模态分析方法。境振动模态分析方法可以仅仅通过输入量，反应测量得出相应的FRF对应的反转矩阵，进而估计未知荷载。
3.4 振动级评估
如果想要评估不具备检测方法的振动级，且只存在一个可以使用的FEM，就需要通过环境振动模态分析进行相应的评估工作。通过这种模态试验，在部分支持检测的部位，进行检测获得模态反应，再通过FEM的应用，也就是有限元模型进行相应的模态反应，从而促使没有办法进行检测的部位，也可以得到模态反应的相关信息，在此之后，再采用响应叠加，从而完成精准的测定。虽然FEM仅能返回到正常的模式，但针对多数结构来说，这种介于推广的评估方法已经是最好的选择。
3.5 疲劳分析
前述的振动级评估也可以进行延伸，最终延伸到道路桥梁结构中无法检测的部位的积累损伤检测，例如水下结构等。通过环境振动模态分析可以对结构有价值点进行实际测量，分析整体结构的疲劳程度，进而对检测计划进行更为有效的改进，从而进行结构全方面的维护决策优化。
3.6 确定比例振型
在环境振动模态分析应用过程中，其一个明显的缺陷，是环境振动模态分析方法产生的振型属于非比例的形式，进而就会产生错误的参量，尤其是要使用结构变换过程中的结构参量，就会产生诸多复杂的问题。当前部分研究成果已经可以利用频率响应的函数，来测量振型。
3.7波形的失真与校正
3.7.1失真的识别方法
第一，在对桥梁波形推测的过程中，会得出不同物理力学的参数，找到其具备的特征和内在联系，以物理力学为出发点进行分析，最终就可以明确是否产生了失真的波形。
第二，分析波形自身的传递函数，主要是分析函数的颇响特性，以及分析出现干扰的概率，还包括反应的机理等，以理论基础来判断信息的真实性，以及信息的应用价值，以此为基础，提出相应的干扰信息。
第三，观察波形的曲率、形状变化，如果具备条件，还可以在相同的测点，通过不同设备的应用，对单独一个信号完成多次测量，从而对得到的多个波形进行对比，找到其中的相同和不同的点，最终完成判断。
3.7.2 波形失真的消除
在道路桥梁检测中，如果可以分析出波形失真的原因，就可以利用傅里叶换
位基本理论进行修正以及进一步的分析工作，进而得出频率的各个组成分量，对干扰一类的分量进行删除，在此之后分解实测的波形，最终就可以得到分量波形，以设备自身的频率响应特征为依据，修正相应的相位和幅值，以傅里叶理论来变换，将完成修正的波形合到一起，最终形成真实的波形。
结语：交通运输事业的发展对国家、地区的经济发展有着重要的意义，因此保障道路桥梁结构安全，做好道路桥梁结构健康监测及维护决策分析工作尤为重要，基于此，探索不同的道路桥梁检测技术具有一定的发展意义。环境振动模态分析方法是道路桥梁检测的有效方法，提升了检测的速度同时，也降低了检测的成本。随着传感器技术、信息分析技术的发展，环境振动模态分析方法也将得到更为广泛的应用。
参考文献：
[1]田永丁. 基于环境振动的桥梁结构柔度识别与性能评估[D].东南大学,2016.
[2]张旭. 环境振动模态分析法在道路桥梁检测中的应用研究[D].兰州交通大学,2008.