钢框架动力特性实验报告

1、钢框架模型动力特性试验报告前言建筑结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。它的主要内容包括结构的自振频率、振型、阻尼系数等一些基本参数。这些特性是由结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质、构造连接等因素决定，但与外荷载无关，它反应了体系的固有特性。建筑结构动力特性试验量测结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容，在研究建筑结构的抗震、抗风或抵御其他动力荷载的性能时，都必须要进行结构动力特性试验，了解结构的自振特性。由于它可在小振幅试验下求得，不会使结构出现过大的振动和损坏，因此经常在现场进行结构的实物试验，主要分为人工激振法和环境随机振动法。建筑物周围大地环境引起结构物振动的地脉动和风称为

2、环境激振。自然地脉动是由海浪、风、交通、机械等自然和人为活动所引起，其位移幅值从千分之几微米到几微米，频带从0.1Hz 到100Hz。通过拾振器测得建筑物脉动反应后，对随机的脉动信号进行数据处理，可得到结构的基频率或较低几阶的频率。可推导出脉动的功率谱峰值，这些峰值对应的频率即为结构的自振频率，而根据计算软件的精度不同，能得出较为精确的前几阶频率的数目也不同。一试验目的1. 了解脉动测试法的基本原理，掌握用脉动法测试结构的固有频率、阻尼及振型的方法；2. 熟悉常用结构动力特性测试系统的组成和相关仪器的使用方法；3. 熟悉建（构）筑物动力特性现场实测的基本方法和一些应该注意的问题； 二工程概况1

3、. 结构如图1所示：试验结构为一个7层多自由度钢框架，平面内框架尺寸为400mm105mm，模型板超出框架柱范围，尺寸为500mm300mm15mm，每层层高为300mm，每层各有八块95mm90mm10mm的铁质的配重。结构材料为Q235钢，节点处通过连接板和螺栓进行连接，4个框架柱为8的Q235钢。图1模型简图三测试仪器2. 仪器（1）加速度传感器本次试验使用丹麦产4381V型加速度传感器。（2）加速度传感器的布置将本次试验使用的（8个）加速度传感器，分别布置在各层楼板中心，测量其加速度响应。测点布置图如图2所示。图2测点布置图四试验测试方案4.1 测点布置测点选择在每一层的中间位置，以减

4、少外界对信号的干扰，使测量结果精度达到要求。我们第一组是主要测长轴方向的自振频率。4.2 测试准备(1) 设备连接将信号线一端与传感器连接，另一端分别和数据采集仪上1、2、3、4、5、6、7、8 通道连接。用USB 连接线将数据采集仪和便携式电脑连接。打开SVSA 软件，未出现连接错误的提示，证明数据采集系统已连接完毕。如下图所示： (2) 仪器测试在传感器连接后，对数据进行预采集测试，若发现数据偏离中心轴线较多，离散性大，则说明传感器通电时间过短，还未完全达到其稳定状态。此时结束采集，并重新存储数据，待传感器稳定后正式采集记录试验数据。4.3 采样参数设置（1）采样频率实际中我们取了25Hz

5、作为采样频率。（2）采样时间采样10分钟左右。（3）采样方式采样方式选用连续采集。动态采集方法与定点采集相比，采集过程中可以随时监测看到目前信号状态信息，防止意外的发生。五试验结果5.1 采样频率25Hz 下，量测结构各层在X方向的波形，并利用SVSA软件的相关功能分析其自振频率和阻尼比。所得的经过整理并用MATLAB编程得到的自功率谱如图。钢框架的一阶自振频率是4.28HZ，二阶频率为13.65HZ，三阶频率为22.71HZ，找到对应点的数值。 图3（底层地面的自功率谱图） 图4（第一层的自功率谱图） 图5（第二层的自功率谱图） 图6（第三层的自功率谱图） 图7（第四层的自功率谱） 图8（第

6、五层的自功率谱） 图9（第六层的自功率谱） 图10（第七层的自功率谱）5.2由实验得到的互功率谱如图所示： 图11（底层地面的互功率谱图） 图12（第一层的互功率谱图） 图13（第二层的互功率谱图） 图14（第三层的互功率谱图） 图15（第四层的互功率谱） 图16（第五层的自功率谱）图17（第六层的自功率谱）六、数据处理6.1 自振频率的确定根据脉动法理论，结构自振频率的识别可根据结构反应的自功率谱得到。当各测点的自功率谱峰值位于同一频率处时，该处的频率即为结构的自振频率。由前面得到的自功率谱图形可知：钢框架的一阶自振频率是4.28HZ，二阶频率为13.65HZ，三阶频率为22.71HZ。6.

7、2 振型的识别与近似 根据各楼层互谱幅值进行振型拟合，可得到钢框架前三阶的振型如表1所示： 楼层 第一阶f=4.28HZ 第二阶f=13.65HZ 第三阶f=22.71HZ振型7F11-0.9256F0.9810.809-0.0205F0.1860.0100.8884F0.161-0.29613F0.127-0.5010.08272F0.089-0.513-0.9131F000 表一：前三阶的振型七、 实测结果与理论计算的分析比较 将实测结果与SAP2000计算得到的结果进行了固定周期的比较，结果如表二所示：固有周期(秒)实测计算方向阶次X1阶0.23360.270480.862阶0.0732

8、60.086830.843阶0.04400.048810.90表二 实测周期与计算周期的对比 由实测和计算结果相比较发现钢框架结构的计算周期较实测周期稍微偏大，导致这样情况的因素可能是SAP2000模拟的底部约束条件为固结，而实际结构底部不是完全固结，另外，因为所建立的模型示等效的与实际模型之间存在一定的误差。八、结论与展望8.1 试验结论1. 采用SVSA 振动信号采集分析系统对结构进行动力特性检测，使用方便，精度较高，可以很好的测试出结构物的动力特性参数。2. 结构形式越合理，其两个方向的结构动力特性越接近，若结构两个方向形式不同，则其自振频率等也会有较大差别。3. 在测试前应预估结构的自振频率并选定采样频率，实测时选取采样频率与预估频率相接近，可以较好的保证测量精度。4.由于试验在白天进行，受到的外界干扰较大