周毅等：桥梁模态频率与运营环境作用的相关性 ·283· 195 21 185 17 20 lal山 2.0 036 0.366 llllllhildl 0.43 0428 b..Bo... D63 0.637 o.Bo 0.637 D.636 Mon.Thu. Mon.Thu. Mon.Thu.Mon.Thu.Sur 00:0012-0024:0036:0048:0060.0072:0084:0095:00 星期 时刻 图7结构频率、温度、交通荷载的4周周期平均值 图8结构频率、温度、交通荷载的4d周期平均值 Fig.7 Four-week cyclic averages of modal frequencies,temperature Fig.8 Four-day cyclic averages of modal frequencies,temperature, and traffics and traffics 0.3675 0.3675 (a) (b) 0.3670 0.3670 0.3665 -0.3665 0.3660 0.3660 0.365 1 0.3655 19 20 4 1.6 18 2.0 2.2 T℃ N(cm·s 图9竖弯基频与温度T(a)、交通荷载N(b)的4d周期平均值散点图 Fig.9 Scatter plots of the first vertical bending frequency s temperature T(a)and traffics N (b)based on four-day cyclic averages 温度的影响大于交通荷载，而在周和天周期上，交通 12.42h的变化周期及高次谐波成分.1a的周期主 荷载的影响更为显著.这一现象可能与两个因素有 要由温度和交通荷载产生，1周、1d的周期主要由 关：(1)作用的相对变化幅度：东海大桥的交通荷载 交通荷载产生，而12.42h的周期是与潮汐现象有 在周周期、天周期上的变化幅度大于年周期，而温度 关的周期. 在年周期上的变化幅度大于天周期，这种“此消彼 (2)与风荷载、大气湿度、降雨强度、海面高度 长”会使短时间尺度上温度相对于交通荷载的重要 相比，结构温度和交通荷载是影响东海大桥频率变 性减弱.(2)结构温度场的均匀性和同步性：在短 化的最主要因素，不过它们的相对影响大小随周期 时间（如1d)尺度上，温度场的空间均匀性和时间变 不同：在年周期上，温度对频率变化的影响大于交通 化同步性减弱，不同构件温度对频率的影响甚至可 荷载：而在周周期和天周期上，交通荷载的影响大于 能因相位相反而互相抵消，从而更进一步削弱温度一 温度.温度和交通荷载的相对重要性与它们的变化 频率的相关性：而在长时间（如1a)尺度上，各构件 幅度、温度场的均匀性和变化同步性有关.东海大 温度变化的相位几乎一致，对频率变化有累加增强 桥主梁竖弯、侧弯、扭转基频均随温度和交通荷载的 效果，从而放大温度一频率的相关性 增加而减小. (3)运营环境作用和结构频率变化的周期特性 4结论 包含了丰富的信息，是各种作用效应分离的依据 周期平均法可有效分离作用和频率中的年、周、天变 (1)东海大桥的运营环境作用存在明显的周期 化成分，直观比较作用的相对影响大小.为了通过 变化特征，由此造成结构频率也存在1a、1周、1d、周 毅等: 桥梁模态频率与运营环境作用的相关性 图 7 结构频率、温度、交通荷载的 4 周周期平均值 Fig． 7 Four-week cyclic averages of modal frequencies，temperature， and traffics 图 8 结构频率、温度、交通荷载的 4 d 周期平均值 Fig． 8 Four-day cyclic averages of modal frequencies，temperature， and traffics 图 9 竖弯基频与温度 T ( a) 、交通荷载 N ( b) 的 4 d 周期平均值散点图 Fig． 9 Scatter plots of the first vertical bending frequency vs temperature T ( a) and traffics N ( b) based on four-day cyclic averages 温度的影响大于交通荷载，而在周和天周期上，交通 荷载的影响更为显著． 这一现象可能与两个因素有 关: ( 1) 作用的相对变化幅度: 东海大桥的交通荷载 在周周期、天周期上的变化幅度大于年周期，而温度 在年周期上的变化幅度大于天周期，这种“此消彼 长”会使短时间尺度上温度相对于交通荷载的重要 性减弱． ( 2) 结构温度场的均匀性和同步性: 在短 时间( 如1 d) 尺度上，温度场的空间均匀性和时间变 化同步性减弱，不同构件温度对频率的影响甚至可 能因相位相反而互相抵消，从而更进一步削弱温度-- 频率的相关性; 而在长时间( 如 1 a) 尺度上，各构件 温度变化的相位几乎一致，对频率变化有累加增强 效果，从而放大温度--频率的相关性． 4 结论 ( 1) 东海大桥的运营环境作用存在明显的周期 变化特征，由此造成结构频率也存在 1 a、1 周、1 d、 12. 42 h 的变化周期及高次谐波成分． 1 a 的周期主 要由温度和交通荷载产生，1 周、1 d 的周期主要由 交通荷载产生，而 12. 42 h 的周期是与潮汐现象有 关的周期． ( 2) 与风荷载、大气湿度、降雨强度、海面高度 相比，结构温度和交通荷载是影响东海大桥频率变 化的最主要因素，不过它们的相对影响大小随周期 不同: 在年周期上，温度对频率变化的影响大于交通 荷载; 而在周周期和天周期上，交通荷载的影响大于 温度． 温度和交通荷载的相对重要性与它们的变化 幅度、温度场的均匀性和变化同步性有关． 东海大 桥主梁竖弯、侧弯、扭转基频均随温度和交通荷载的 增加而减小． ( 3) 运营环境作用和结构频率变化的周期特性 包含了丰富的信息，是各种作用效应分离的依据． 周期平均法可有效分离作用和频率中的年、周、天变 化成分，直观比较作用的相对影响大小． 为了通过 · 382 ·