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温度变化对固定式钢拱桥动力性能的影响
凌 广
（北京深华达交通工程检测有限公司， 100070，北京 ）
摘 要： 在结构设计和监测中，很少考虑温度变化的影响。然而，在某些情况下，温度可能是影响荷载
桥梁动力性能的重要因素，特别是对于大跨度桥梁，温度升高可能导致温度效应增加，造成结构动力学参数
发生改变，这些参数与物理参数直接相关，如质量和刚度。因此，当物理参数发生变化时，动力参数也会相
应地发生变化，这种变化可能会改变结构的健康指数。在某些规定中，作为动力特性之一的固有频率值的偏
差被限制在 10 %以内。本研究的目的是观察确定案例研究桥梁的健康指数，观察温度变化影响的动力学性能。
关键词： 温度变化；动力性能；结构设计与监测；固定式钢拱桥；振动测试
中图分类号：TU 753 文献标志码：A 文章编号：1000–4726(2023)07–0878–04
INFLUENCE OF TEMPERATURE VARIATION ON FIXED STEEL ARCH BRIDGE DYNAMIC
PERFORMANCE
LING Guang
(Beijing Shenhuada Traffic Engineering Testing Co., Ltd., 100070, Beijing, China)
Abstract: The influence of temperature variation is rarely considered in structure design and
monitoring. However, under some conditions, temperature may be an important factor influencing
loaded bridge dynamic performance, especially for wide-span bridge. Temperature increase may cause
the increase of temperature effect, which may change the dynamic parameters of structure, and these
parameters are directly related to the physical parameters, such as quality and rigidity. Therefore,
physical parameter change may cause related change of dynamic parameters. This change may also
change the healthy index of structure. In some specifications, fixed frequency deviation which is one of
the dynamic characteristics is limited to be within 10%. This paper aims to observe and determine the
healthy index of bridge through case study and to observe the dynamic performance under the influence
of temperature change.
Keywords: temperature change; dynamic performance; structure design and monitoring; fixed steel
arch bridge; vibration test
1 结构动力学参数
一般来说，结构的动力参数包括固有周期、固有
频率和振型。振动的固有周期是一个结构在一个周期
内振荡所需要的总时间，而固有频率是在 1 s的时间
范围内的周期数。模态振型是指结构因其相应的模态
和频率而产生的挠度的动态特性。
在动力分析中，结构可分为单自由度（ SDOF）
和多自由度（MDOF）两类。自由度是定义所有质量
相对于其原始位置的位移位置所需要的独立位移数。
结构的固有频率数取决于模态数，模态数也就是自由
度数。从理论上讲，结构的动力参数可由动力平衡方
程求得，动力平衡方程是一个二阶微分方程：
[] {} [ ] {} [ ] {} () { } M u C u K u pt ++ =
（1）
上述方程可通过矩阵运算求解。对于单自由度结
构，通过对其进行常微分方程分析，可以简单地求解
该方程。
结构的固有频率也可通过振动试验得到。这种测
试的目的是将结构的振动行为作为时间的函数记录，
然后通过快速傅里叶变换（ FFT）将其转换为频域数
据。FFT是在频域分析结构行为的有力工具，因为其
结果可提供结构在相应频率下的峰值响应。
傅里叶变换常用来分析一系列信号的频率。信号
基本上是几个正弦函数的组合，因此使用傅里叶变换
将复函数分解为一
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