圖1：英國亨伯爾大橋
當(dāng)1981年英國亨伯爾大橋投入使用時(shí)，憑借其2220米的總長度成為了當(dāng)時(shí)世界上最大的單跨大橋。英國赫爾市和格里姆斯比市之間的距離因?yàn)檫@座大橋的竣工而縮短了將近80公里。之后世界上其他地方也依次建造不同的橋梁，英國亨伯爾大橋現(xiàn)在是世界上第五大橋，前4座是（按字母順序）日本明石海峽大橋、丹麥大貝爾特橋、中國潤揚(yáng)大橋和西堠門大橋。然而，亨伯爾大橋依然是兩側(cè)都有較低水平高度人行道和自行車道的最大的橋梁。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，橋梁監(jiān)測也隨著技術(shù)的變化從模擬轉(zhuǎn)到數(shù)字化的橋梁監(jiān)測解決方案。
這些新技術(shù)的應(yīng)用需要重新評估合適的監(jiān)控解決方案，在這種情況下，要重新評估亨伯爾大橋的模態(tài)特征。通過時(shí)間同步（通過GPS）并相對獨(dú)立的記錄儀，提供含開放式空間結(jié)構(gòu)分析響應(yīng)時(shí)間曲線。亨伯爾大橋的設(shè)計(jì)可以抵御時(shí)速129公里大風(fēng)產(chǎn)生的常態(tài)運(yùn)動(dòng)并可以承受超過3米的彎曲。 在這種情況下，安全因素就暴露出來，橋塔雖然垂直，但不平行，在頂部比底部有不少于50毫米的偏差。
這次英國亨伯爾大橋環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)國際團(tuán)隊(duì)包括：
- JMW Brownjohn 教授，英國謝菲爾德大學(xué)
- Paul Reynolds 博士，英國謝菲爾德大學(xué)
- Chris Middleton 先生，英國謝菲爾德大學(xué)
- Filipe Magalhaes 先生，葡萄牙波爾圖大學(xué)工程學(xué)院（FEUP）
- Elsa Caetano 教授，葡萄牙波爾圖大學(xué)工程學(xué)院（FEUP）
- Ivan Au 教授，香港城市大學(xué)
- Paul Lam教授，香港城市大學(xué)
協(xié)同來自英國謝菲爾德的Ivan Munoz Diaz博士、Aleksandar Pavic教授、Stana Zivanovic博士，Eunice Lawton女士、Tuan Norhayati Tuan Chik女士和Mohammad Muaz Aldimashki先生，來自FEUP的Alvaro Cunha教授和來自亨伯爾大橋董事會的John Cooper先生、Peter Hill先生和Ian Allenby先生，在2008年7月14-18日對大橋做了持續(xù)一周的測試，作為EPSRC基金資助的研究項(xiàng)目的一部分：（EP/F035403/10）懸索橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測更新數(shù)據(jù)挖掘和性能診斷系統(tǒng)。
這次試驗(yàn)有如下目的：
- 重新評估橋梁的模態(tài)特性，并以數(shù)字形式提供了模態(tài)模型，這將作為一個(gè)基準(zhǔn)用于校準(zhǔn)橋梁的有限元模型；
- 通過時(shí)間同步（通過GPS）并相對獨(dú)立的記錄儀，提供含開放式空間結(jié)構(gòu)分析響應(yīng)時(shí)間曲線；
- 評估運(yùn)行模態(tài)分析程序在估算包含短數(shù)據(jù)長度的超低頻結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)時(shí)的困難性，和評估膠合件程序中非平穩(wěn)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。
在1985年的那次測試中使用的只有三個(gè)Schaevitz公司的LSOC加速度儀、約2公里長的電纜、雙通道頻譜分析儀和一個(gè)四通道模擬磁帶記錄器。 測試歷時(shí)兩個(gè)星期，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理確定了模型，通過頻譜分析儀和使用被稱為“峰值拾取”程序歷時(shí)6個(gè)月左右重放了數(shù)據(jù)磁帶。在過去23年里，模擬磁帶不能再被讀取，模擬和數(shù)字化模態(tài)描述存儲格式之間不能轉(zhuǎn)化。 因此雖然大多數(shù)振型的模式頻率和一般形式是有用的，但是卻無法使用數(shù)字化。另外分辨率不高，由于技術(shù)粗糙，被人們熟知的阻尼系數(shù)比估計(jì)要更嚴(yán)重偏差，傳感器信噪比不高，更糟的是磁帶記錄器的動(dòng)態(tài)范圍也不高，扭轉(zhuǎn)振型只使用三個(gè)傳感器無法得到解決，因此不可能同時(shí)測量橋塔，主跨和邊跨上的點(diǎn)。 所以有很多原因需要一個(gè)新的研究。
新的研究包括由十臺內(nèi)置或外置加速度傳感器GSR-24強(qiáng)震儀組成的新設(shè)備，所有的設(shè)備都在FEUP和謝菲爾德系統(tǒng)集成起來。
圖2：試驗(yàn)現(xiàn)場
測試持續(xù)五天，被分為28個(gè)測量數(shù)據(jù)段：例如，第2天，測量集中在大橋的南部，Barton鎮(zhèn)方向。每個(gè)橋箱形斷面，由一個(gè)加前綴b的奇數(shù)確定（Barton，南），或加前綴h（Hessle，北）。強(qiáng)震記錄儀主要集中在備用吊架位置，在不同的情況下，保持在主跨上至少有一個(gè)固定的（參考）位置。
圖3：測試點(diǎn)位置圖
圖4：GSR-24強(qiáng)震儀橋面監(jiān)測點(diǎn) 圖5：GSR-24強(qiáng)震儀橋箱內(nèi)部監(jiān)測點(diǎn)
圖6：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集
圖7：采集數(shù)據(jù)顯示
