T/CCTAS 299—2026
梁式桥结构自振频率测试方法
Test method for natural frequency of beam bridge structure
(此版本未经出版审核，仅供参考，以最终出版发布为准)
2026-02-06发布
2 0 2 6 - 0 5 - 0 1 实 施
中国交通运输协会 发 布
T/CCTAS XX—2026
目 次
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 仪器与用具 2
4.1 激励车辆 2
4.2 跳车激励辅助装置 2
4.3 拾振传感器 2
4.4 振动采集分析系统 3
4.5 辅助用具 3
5 测试方法 3
5.1 测试准备 3
5.2 拾振传感器布置 3
5.3 激励方法 4
5.4 跳车激励 4
5.5 跑车激励 6
5.6 环境激励 6
5.7 现场测试流程 6
6 数据分析 7
6.1 一般规定 7
6.2 车辆影响 7
6.3 温度影响 10
7 测试报告 13
附录A (规范性) 激励车辆等效方法 14
附录B (资料性)跳车激励试验示例 17
附录 C (资料性) 简支梁桥自振频率测试案例分析 19
附录 D (资料性) 梁式桥结构自振频率测试记录 21
工
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前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国交通运输协会标准化技术委员会提出。
本文件由中国交通运输协会标准化技术委员会归口。
本文件起草单位：吉林大学、广西交科集团有限公司、交通运输部公路科学研究所、交通运输部科 学研究院、吉林省交通科学研究所、广西壮族自治区高速公路发展中心、广西普力达交通科技有限公司、 桂林电子科技大学、中交第二航务工程局有限公司。
本文件主要起草人：谭国金、王龙林、王华、赵安、周紫君、何昕、王文盛、顾正伟、吴春利、刘 洋、艾永明、宫亚峰、郑传峰、于丽梅、秦绪喜、周培蕾、果晓君、蒋符发、梁健生、唐丽娟、滕煜、 黄健、许纪湖、孙希延、纪元法、付文涛、蓝如师。
II
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梁式桥结构自振频率测试方法
1 范围
本文件规定了梁式桥结构自振频率测试的基本规定、仪器与用具、测试方法、数据分析和测试报告 等内容。
本文件适用于公路、城市道路梁式桥上部结构的自振频率测试。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本 文件。
GB/T 50083-2014 工程结构设计基本术语标准
CJJ/T 233 城市桥梁检测与评定技术规范
JTG 3362 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范
JTG 5120 公路桥涵养护规范
JTG/T H21 公路桥梁技术状况评定标准
JTG/T J21 公路桥梁承载能力检测评定规程
JTG/T J21-01-2015 公路桥梁荷载试验规程
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3. 1
梁式桥 beam bridge
上部结构主要承重构件为梁的桥梁。
[来源：GB/T 50083-2014,2.1.47] 3.2
桥梁自振频率 bridge natural frequency
外力不复存在时桥梁每秒钟振动的次数。
[来源：GB/T 50083-2014,2.12.12, 有修改] 3.3
跳车激励 vehicle bump excitation
载重车辆后轮从辅助装置突然下落对桥梁产生冲击作用，引起桥梁振动。
[来源：JTG/T J21-01-2015,6.2.2, 有修改]
3.4
极限跳车高度 extreme bump height
跳车试验中，跳车激励引起的控制截面弯矩等于车道荷载引起的控制截面弯矩设计值所对应的跳车 高度。
1
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3.5
跑车激励 moving vehicle excitation
车辆驶离桥面后引起的桥梁振动。
[来源：JTGT J21-01-2015,6.2.2, 有修改] 3.6
环境激励 ambient excitation
桥面无任何交通荷载情况下，桥梁由测试环境中机械振动、地脉动、风荷载、水流等引起的微幅振 动 。
[来源：JTGT J21-01-2015,6.2.2,有修改] 3.7
采样频率 sampling frequency
单位时间内从连续信号中提取并组成离散信号的采集次数。
3.8
有载频率 vertical loaded frequency
以桥梁振动为主要振动形式的车-桥耦合系统的振动频率。
4 仪器与用具
4.1 激励车辆
4.1.1激励车辆应符合JTG/T J21-01中荷载试验效率的要求，达到激励试验所需的重量。
4.1.2跳车激励车辆宜采用单辆载重车。
4.1.3跑车激励宜采用单辆载重车或每个行车车道横向并列一排的多辆车，载重车总质量不应超过静载 试验的加载车辆重量。
4.2 跳车激励辅助装置
4.2.1 用于跳车激励中支撑车辆的辅助装置，为单个车轮所用装置。其侧视图和俯视图如图1所示。
上
组件2
500
组件1
500
单 位 ：mm
900
组件2
组件1
500
500
单位：mm
a) 主视图 b) 俯视图
图 1 跳车激励辅助装置示图
4.2.2跳车激励辅助装置与桥面应具有足够的接触面积，接触面积尺寸不应小于1m×0.6m, 装置高 度h。即为跳车高度，可按照5.4.1规定进行确定。
4.2.3跳车激励辅助装置宜采用Q235 钢材焊制，钢板厚度不应小于20 mm, 装置表面应进行抗滑处理， 装置表面粗糙度应不小于Ra25。
4.3 拾振传感器
梁式桥梁自振频率测试拾振传感器宜根据梁式桥加速度响应范围和测试精度，选用磁电式拾振传感 器或压电式加速度传感器，拾振传感器的技术要求应符合表1的规定。
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表1拾振传感器技术要求
仪器名称
参数范围
适用范围
磁电式拾振传感器
①测量范围：加速度±0.5g
②频率响应：0.3 Hz~20.0 Hz
可用于跳车激励、跑车激励和 环境激励试验
压电式加速度传感器
①测量范围：加速度±100g
②频率响应：0.5 kHz~1.0 kHz
4.4 振动采集分析系统
振动采集分析系统由振动采集仪和相应软件组成，必要时通过计算机分析振动信号。振动采集分析 系统的采样频率不低于1kHz。
4.5 辅助用具
用于梁式桥结构自振频率测试的辅助用具包括：皮尺、路锥、粉笔、凡士林或黄油等。
5 测试方法
5.1 测试准备
5.1.1 技术资料收集
在桥梁自振频率测试试验前对桥梁建成年限，设计荷载等级，使用状况等进行详细调研。应收集、 整理桥梁的技术资料主要包括：
a) 桥梁设计文件;
b) 桥梁竣工图纸;
c) 桥梁技术状况评定资料。
5.1.2 现场调研
测试前应对桥梁结构类型、交通量和桥梁环境振源等进行调研，核查桥梁技术状况，制定桥梁自振 频率测试实施方案。
5.2 拾振传感器布置
5.2.1 在桥梁自振频率测试前，应对所采用的拾振传感器、振动采集分析系统进行标定。宜采用参考 点标定法，按照实际方案完整测试和记录一个标定工况，对振动采集分析系统的灵敏度、时域响应、频 率峰值响应等进行标定。
5.2.2 拾振传感器的数量应根据桥梁振型和动力响应最大的原则确定。对于简支梁桥和连续梁桥自振 频率测试拾振传感器的典型布置方案如表2至表4所示。
5.2.3 拾振传感器的位置应结合桥梁的模态分析进行确定，不应位于桥梁的振型节点，宜布置在振型 峰、谷值位置处。桥梁缺少技术资料无法进行模态分析时，拾振传感器的位置可按照表2至表4所示的 规定进行布置。
表2简支梁桥前3阶自振频率拾振传感器布置方案
频率阶次
至少需要拾振传感器数量
布置位置
1
1
L₁/2
2
2
L₁/4;3L₁/4
3
3
L₁/6;L₁/2;5L₁/6
注：L1为简支梁桥的计算跨径。
3
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表3两跨一联连续梁桥前3阶自振频率拾振传感器布置方案
频率阶次
至少需要拾振传感器数量
布置位置
1
2
L21/2;3L₂2/2
2
4
L21/4;3L21/4;L2₂/4;3L22/4
3
6
L21/6;L2₁/2;5L21/6;L22/6;L₂₂/2;5L22/6
注：L21、L₂2为两跨连续梁桥第1跨和第2跨的计算跨径。
表4三跨一联连续梁桥前3阶自振频率拾振传感器布置方案
频率阶次
至少需要拾振传感器数量
布置位置
工
3
L₃ 1/2;L₃₂/2;L33/2
2
6
L₃ 1/4;3L₃ 1/4;L₃2/4;3L₃₂/4;L33/4;3L33/4
3
9
L₃₁/6;L₃ 1/2;5L₃₁/6;L₃2/6;L₃₂/2;5L₃2/6;L₃₃/6;L33/2;5L₃₃/6
注：L31、L32、L33为三跨连续梁桥第1跨、第2跨和第3跨的计算跨径。
5.2.4当布置的拾振传感器数量大于1时，宜取各拾振传感器结果的平均值作为自振频率测试值。
5.2.5 单跨门式刚构桥和连续刚构桥宜参考简支梁桥和连续梁桥的传感器布置方案。
5.2.6 拾振传感器数量有限时，应将一个拾振传感器布置在桥梁振幅较大的测点上固定不动，并标记 为0号参考点。分批移动其他传感器得到所有测点的数据，测试过程中应保持各拾振传感器间无遮挡。
5.2.7 可通过耦合剂、固定底座等方式将拾振传感器固定在桥梁牢固、可靠的位置，宜减少拾振传感 器到振动采集分析系统的距离，拾振传感器应与主体结构保持良好接触，无相对振动。
5.3 激励方法
5.3.1 对梁式桥结构进行自振频率测试时，应根据桥梁单孔跨径选用合适的激励方法。
5.3.2 各激励方法的适用范围宜根据表5确定。
表5梁式桥自振频率测试激励方法适用范围
激励方法
适用范围
跳车激励
桥梁单孔跨径≤20m的简支梁桥、连续梁桥、刚构桥等梁式桥梁
跑车激励
20 m<桥梁单孔跨径<40m的简支梁桥、连续梁桥、刚构桥等梁式桥梁
环境激励
桥梁单孔跨径≥40m的简支梁桥、连续梁桥、刚构桥等梁式桥梁
注：桥梁单孔跨径为两桥墩中线间距离或桥墩中线与台背前缘间距。
5.3.3 采用跳车激励时，应结合桥梁技术状况、承载能力等综合情况确定跳车高度。
5.4 跳车激励
5.4.1 跳车高度确定
跳车激励时，跳车高度应通过以下步骤确定：
a) 建立激励车辆-桥梁耦合振动模型，激励车辆为两轴1/2车辆模型;
b) 激励车辆为三轴车时，应按照附录A 将激励车辆等效为两轴1/2车辆模型;
c) 假定一个跳车高度h, 确定跳车过程中车辆和桥梁耦合振动的初始条件;
d) 分析梁式桥梁各截面动力位移时程响应;
e) 根据动力位移时程响应确定桥梁各点位移，计算桥梁控制截面弯矩;
f) 激励引起的控制截面弯矩等于车道荷载引起的控制截面弯矩设计值时，则跳车高度h 即为极限
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跳车高度h, 否则增加跳车高度进行迭代计算;
g) 应根据JTG/T H21 对桥梁技术状况进行评定，结合桥梁技术状况评定等级，按照式(1)确定 最大跳车高度。对于存在结构性病害的五类桥，不宜采用跳车激励进行试验;
h₀=φh (1 )
式中：h₀——最大跳车高度，单位为毫米 (mm);
h—— 极限跳车高度，单位为毫米 (mm);
φ——跳车激励高度折减系数，宜按表6取值。
表6跳车激励高度折减系数
技术状况评定等级
折减系数值
1类
φ=0.95
2类
φ=0.90
3类
φ=0.85
4类
φ=0.75
5类
φ=0.60
h) 确定最大跳车高度后，宜采用较大的跳车高度h。以提高动力响应信噪比和频率测量精度，但 采用的跳车高度h. 应不大于最大跳车高度h 。 最大跳车高度计算示例如附录B 所示。
5.4.2 跳车激励步骤
进行跳车激励时，应采用以下步骤：
a) 应根据桥梁结构技术资料，采用结构模态参数分析确定桥梁激励位置;
b) 根据5.4.1条规定计算极限跳车高度，并确定跳车高度;
c) 采用跳车激励时，对于已经开放交通的桥梁，应在测试前1h 封闭交通;
d) 激励车辆应根据跳车激励方案确定的质量进行配重并记录车辆载重、轴数等信息;
e) 收集激励车辆的车辆质量、轮胎质量、悬架刚度和轮胎刚度等参数，缺少相关资料时，通过试 验获取相关参数数据;
f) 利用皮尺在桥面测量出跳车激励位置，使用粉笔或滑石笔在相应位置进行标记;
g) 将跳车辅助装置安装在跳车激励位置处，应与桥面紧密接触;
h) 激励车辆后轴单侧轮胎行驶至激励辅助装置上，激励车辆应在没有水平速度的情况下，车辆后 轮从跳车激励辅助装置上突然落下，车辆后轮与桥面接触后仍保持水平静止。跳车激励过程如图2所示。
(a) 跳车激励前 (b) 跳车激励后 图2跳车激励过程
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5.5 跑车激励
5.5.1 试验荷载效率
跑车激励试验荷载效率宜按式(2)计算， na 宜取高值，但不应超过1。
(2)
式中：na—— 跑车激励试验荷载效率;
Sa—— 跑车激励试验荷载作用下控制截面的最大内力或变形;
Smax—— 控制荷载作用下控制截面的最大内力或变形(不计冲击)。
5.5.2 跑车激励步骤
进行跑车激励时，应采用以下步骤：
a) 采用跑车激励时应结合桥梁技术资料，进行桥梁结构模态参数分析，确定跑车激励过程的行驶 路线;
b) 采用跑车激励时，对于已经开放交通的桥梁，应在桥梁检测测试前1h 封闭交通;
c) 清除桥面的杂物和障碍物，利用皮尺在桥面测量出跑车激励车队的路线，用粉笔或滑石笔进行 标记;
d) 用于跑车激励的车辆配重后记录车辆的实际车重;
e) 激励车辆应按照不同车速分级激励，试验过程中车速宜保持恒定。车速宜控制在5km/h 至80 km/h 之间，可按照5km/h 或10km/h 逐级递增，亦可在最高车速内分成若干等级。也可采用有障碍跑 车激振，有障碍跑车试验车速宜取5km/h 至20 km/h。
f) 跑车激励试验中，应利用车辆驶离桥面后引起的桥梁结构余振信号来识别桥梁自振频率。
5.6 环境激励
进行环境激励时，应采用以下步骤：
a) 环境激励试验中，利用桥梁结构测试环境中微小和不规则的随机荷载引起的微幅振动，对桥梁 进行激励作用;
b) 环境激励时，桥面需无任何交通荷载;
c) 桥梁动态信号采集时间应不小于30 min。
5.7 现场测试流程
5.7.1 按本文件5.2规定确定传感器布置方案，通过皮尺测量出测点位置并用粉笔或滑石笔做好标记。
5.7.2 将凡士林或黄油作为耦合剂均匀涂抹在拾振传感器与桥梁接触的一面，或采用固定底座将拾振 传感器固定在桥梁上。
5.7.3 沿桥梁防撞护栏布设连接导线，应对导线进行防护。
5.7.4 宜在桥梁上不影响激励车辆通行的一侧，安装振动采集仪，该位置与各拾振传感器间的距离不 宜相差过大。当使用无线传感器时，采集仪应处于与各拾振传感器通视的位置。
5.7.5 通过连接导线，将所有拾振传感器与振动采集仪连接，必要时连接计算机。振动采集仪与拾振 传感器距离较远时，可采用中继器进行连接。
6
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5.7.6 启动振动采集仪，设置采样频率、灵敏度、量程、谱线数等参数，参数设置完毕后对测试通道 进行平衡清零处理。
5.7.7 采样频率应满足公式(3)所示关系。
(3)
式中：fs—— 采样频率，单位为赫兹 (Hz);
△t——采样时间间隔，单位为秒(s);
fu—— 所需测的最大频率值，单位为赫兹(Hz)。
5.7.8 应在测试信号无明显干扰条件下开展测试试验。正式测试前应进行预采样，仪器设备调试正常 后应进行不少于15 min 的稳定观测。
5.7.9 测试人员和仪器设备准备就绪后对桥梁进行激励。
5.7.10 每个激励工况测试次数不少于3次，多次测试的时间间隔不应少于5min。当单次实测频率结 果超过频率测试均值±1%时，应剔除该组试验数据，并进行补充试验。
5.7.11 在梁式桥结构自振频率测试时，应记录测试环境温度。
6 数据分析
6.1 一般规定
6.1.1 采集桥梁动力响应数据后，可使用振动采集分析系统的内置软件进行桥梁自振频率分析。
6.1.2 在测试过程中，应记录激励车辆和环境温度信息。当车辆和温度对桥梁频率测试产生影响时， 应按照6.2和6.3规定剔除车辆和温度作用对桥梁自振频率测试的影响。
6.1.3 可按照线性叠加原理分别剔除车辆和温度对桥梁自振频率测试的影响。
6.1.4 应考虑温度引起材料弹性模量变化对简支梁桥和连续梁桥自振频率测试的影响。
6.1.5 应考虑温度引起材料弹性模量变化和结构次内力对刚构桥自振频率测试的影响，可分别剔除温 度导致的材料弹性模量变化和结构次内力对刚构桥自振频率测试的影响。
6.1.6 应对测试信号进行检查和评判，并进行剔除异常数据、去趋势项、数字滤波等必要的预处理。 单次试验的实测值与均值的偏差不应超过±1%。
6.2 车辆影响
6.2.1 采用跳车激励方法进行梁式桥梁自振频率测试时，应剔除激励车辆对自振频率测试的影响。
6.2.2 依据桥梁技术资料，采用有限元等方法建立桥梁动力特性分析模型，计算桥梁振型数据。
6.2.3 以最大元素为1或模态质量为1对振型数据进行正则化，若振型数据位离散点，需采用函数拟 合方法得到振型函数。
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6.2.4 剔除车辆影响时，将激励车辆等效为1/4车辆模型，当激励车辆为两轴车时，采用附录 将 激励车辆等效为1/4车辆模型;当激励车辆为三轴车时，应按照附录A.2中的步骤将激励车辆先等效为 两轴1/2车辆模型，再按照附录A.1中的步骤将两轴1/2车辆模型等效为1/4车辆模型。
6.2.5 一般情况下，1/4车辆模型如图3(a) 所示。当轮胎刚度较大时，轮胎与桥面可视为刚性连接， 1/4车辆模型如图3 (b) 所示。图中m 为车辆质量，ms 为轮胎质量，kb为悬架刚度，k₁ 为轮胎刚度。
(a) (b) 图31/4车辆简化模型
6.2.61 /4车辆模型中车轮与桥梁接触点为车辆轮胎下落后的位置。
6.2.7 不考虑激励车辆轮胎刚度
当车轮刚度较大时，可不考虑车轮刚度的影响，基于桥梁有载频率测试值按照式(4)至式(9)计 算剔除激励车辆影响的桥梁第n 阶自振频率。
8
ₙ=2πf。
Bo=-03s,m₂-[(s+D²(x=a)m;,)k+O³s,m+mkD²(x=a]
式中：fn——桥梁第n 阶自振频率，单位为赫兹 (Hz);
@n——桥梁第n 阶自振角频率，单位为弧度每秒 (rad/s); jn——桥梁第n 阶有载频率，单位为赫兹 (Hz);
@——桥梁第n 阶有载角频率，单位为弧度每秒 (rad/s); B₀、B₁—— 代换变量;
sn—— 桥梁模态质量;
Φn(g)—— 桥梁第n 阶振型函数;
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