结构动载试验

GaoSuGongLu第七章结构动载试验§7-1概述通过试验的方法法对结构振动进进行分析研究动荷载随时间发发生变化结构反应与本身身动力特性相关关1动载检测的的应用：（1）结构抗震震性能评价（2）工业厂房房机械设备振动动对结构、构件件或精密仪表和和精密机床的影影响（3）高层结构构、高耸构筑物物、道路桥梁、、堤坝的风水荷荷载或移动荷载载（4）建筑物抗抗爆§7-1概述2动载试验的几种种情况：（1）结构物在在实际使用时的的振动水平（频频率、振幅）及及性状，如：动力机械作作用下厂房结构构的振动；移动动荷载作用下桥桥梁的振动；地地震时建筑结构构的振动；（2）激振后，，结构或模型的的振动特性，如如地震振动台；；正弦激振；随随机自然激振；；（3）结构构件件的疲劳试验，，疲劳试验机。。§7-2动载试验的量测测仪器1量测系统：振动参数→→→→→→→传振器：把振动动信号(参数)变换成电讯号号；放大器：把输入入的微弱电讯号号放大；记录器：把放大大后的电讯号显显示或记录下来来数据处理仪：对对电讯号进行分分析和数据处理理传振器放大器记录器数据处理仪§7-2动载试验的量测测仪器1量测系统：§7-2动载试验的量测测仪器2测振传感器：基本原理参考不动点质量块m惯性力＋阻尼力力＋弹性力＝0m(x”十y””)十βy’十十ky＝0若x＝x0sinωtmy”十βy’十ky＝mω2x0sinωt特征方程是mr2十βr十k＝0齐次方程的解§7-2动载试验的量测测仪器2测振传感器：时间因子分析一个随时间而衰衰减的伴生自由由振动。系统的阻尼愈大大，振幅衰减愈愈快设计拾振器时需需人为地使其具具有足够的阻尼尼β，使之急剧剧衰减，可视为为瞬态振动忽略略不计。§7-2动载试验的量测测仪器2测振传感器：非齐次方程的特特解§7-2动载试验的量测测仪器2测振传感器：（1）磁电式速度拾振振器§7-2动载试验的量测测仪器2测振传感器：（1）磁电式速度拾振振器§7-2动载试验的量测测仪器2测振传感器：（2）压电式加速度拾拾振器§7-2动载试验的量测测仪器2测振传感器：（3）放大器放大器就是把拾拾振器输出信号号在显示或记录录前，进行预处处理(对输入信信号幅值进行放放大)的装置，，但放大器本身身不能放大能量量。常用放大器有电压放大器电荷放大器§7-2动载试验的量测测仪器3采集记录设备：电信号经过放大大处理后，必须须通过记录仪器器或指示仪表把把测量的结果直直观地显示出来来，并予以记录录。光线示波器磁带记录仪函数记录仪记忆示波器§7-2动载试验的量测测仪器3采集记录设备：（1）光线示波波器§7-2动载试验的量测测仪器3采集记录设备：（2）磁带记录录仪§7-2动载试验的量测测仪器3采集记录设备：（3）函数记录录仪§7-2动载试验的量测测仪器4仪器的标定：分部标定系统标定标定项目灵敏度(亦称放放大倍数)标定定频率响应标定：：幅频特性标定定线性度标定§7-2动载试验的量测测仪器4仪器的标定：（1）灵敏度(亦称放大倍数数)标定仪器的灵敏敏度是输出信号号(电压、电荷荷、电感或应变变壕)与相应的的输入信号(位位移、速度、加加速度等)的比比值。仪器灵敏度的标标定频率应取其其频响曲线的平平台范围内，标标定三次以上，，取平均值。§7-2动载试验的量测测仪器4仪器的标定：（2）频率响应的标定定频率响应标定的目目的是确定仪器的的可测频率范围、、波形滞后等。①幅频特性标定幅频特性的标定是是在固定输入振幅幅(如标淮振动台台的幅值)的条件件下，改变振动频频率，或进行频率率扫描，标定仪器器灵敏度随频率变变化的情况。§7-2动载试验的量测仪仪器4仪器的标定：（2）频率响应的标定②幅频响应曲线§7-3动载试验的加载方方法与设备1惯性力加载（1）冲击力加载载§7-3动载试验的加载方方法与设备1惯性力加载（2）离心力加载载§7-3动载试验的加载方方法与设备1惯性力加载（3）其它加载§7-3动载试验的加载方方法与设备2电磁加载§7-3动载试验的加载方方法与设备3液压加载§7-4结构动力特性的试试验测定1自由振动法瞬态激振后的阻尼尼振荡垂直突加、减荷载载水平突加荷载反冲激振器桥梁加载周期和阻尼比§7-4结构动力特性的试试验测定2共振法共振产生条件：干干扰频率与结构固固有频率相同使用起振机变频激振§7-4结构动力特性的试试验测定2共振法阻尼系数临界阻尼比§7-4结构动力特性的试试验测定2共振法建筑物的振形图对应于某一频率（（共振时）§7-4结构动力特性的试试验测定2共振法建筑物的振形图对应于某一频率§7-4结构动力特性的试试验测定3脉动法环境脉动：环境随随机激振而引起的的结构物微小振动动地面脉动气流脉动基本原理固有频率的谐量是脉动图中中最主要的成分振幅大、波形光滑滑处的频率总是多次重复出现主谐量法频谱分析法：谐量量分析法、相关或或功率谱分析法特点不需要激振设备，，不受结构形式和和大小的限制信号弱，有好的记记录设备§7-4结构动力特性的试试验测定3脉动法（1）主谐量法如果建筑物各部位位在同一频率处的的相位和振幅符合合振型规律，此频频率就可确定为建建筑物的固有频率率，通常基频出现现的机会最多。§7-4结构动力特性的试试验测定3脉动法（1）主谐量法§7-4结构动力特性的试试验测定3脉动法（2）谐量分析法法§7-4结构动力特性的试试验测定3脉动法（3）功率谱分析析法脉动的振幅谱的幅幅值确定建筑物的的固有频率和振形形。记录信号傅立叶分分析§7-5结构动力反应的试试验测定1结构特定部位动参参数的测定测点布置根据结构构情况和试验目的的布置。分布系数特定结构、特定振振源情况下的振动动分布情况§7-5结构动力反应的试试验测定2结构的振动变位图图测定振型：结构本身的的动力特性，与外外荷载无关。变位图：结构在特特定荷载作用下的的变形曲线。§7-5结构动力反应的试试验测定3结构动力系数的试试验测定动力系数：动挠度度与静挠度的比值值§7-5结构动力反应的试试验测定4强震观测地震发生时，用仪仪器观测地面运动动的过程和建筑物物的动力反应。结构物在强震过程程中的振动记录自动触发启动，蓄蓄电池供电美国洛衫矶：凡新建六层以上上、面积超过6000平方英尺的建筑物物必须设置强震仪仪3台。杨浦大桥和金茂大大厦等十几个重要建筑筑物上都已安装了了强震记录网络，，仅金茂就安装了了6台。上海计划在十十五期间普及更多多，通过立法，达达到10层以上的建筑都安安装。浦东机场深井群安安放了深度不同的的地震记录仪，最浅30米，最深300多米，其他还有50米、100多米及200多米，这些井群可可以测量到不同深深度接收到的不同同地震波的强度。。§7-5结构动力反应的试试验测定4强震观测中华人民共和国防防震减灾法要求在重大工程和和生命线工程等建建筑上安装强震动动观测设备。一是可以检查建筑筑物的“健康状况况”，根据震动记记录数据，及时掌掌握地震或其他强强震动发生时建筑筑物受损情况；二是从记录数据中中总结经验，进而而不断改进建筑物物抗震设防设计；；三是通过已形成的的观测网络的强震震动观测，可以快快速掌握地震裂度度分布情况，为地地震预测与震后救救灾提供可靠的信信息。§7-5结构动力反应的试试验测定4强震观测《地震安全性评价价管理条例》国务务院令四大工程须进行地地震安全性评价。。国家重大建设工程程受地震破坏后可能能引发水灾、火灾、爆炸炸、剧毒或者强腐腐蚀性物质大量泄露或者其他他严重次生灾害的的建设工程，包括括水库大坝、堤防防和贮油、贮气、、贮存易燃易爆、、剧毒或者强腐蚀蚀性物质的设施以以及其他可能发生生严重次生灾害的的建设工程受地震破坏后可能能引发放射性污染染的核电站和核设施建设工程省、区、市认为对对本区域有重大价值或者有重重大影响§7-6结构疲劳试验概念结构物或构件在重重复荷载作用下，，达到破坏时的应应力比其静力强度度要低得多。这种种现象称为疲劳试验目的了解重复荷载作用用下，结构的性能能及其变化规律§7-6结构疲劳试验1疲劳试验项目目（1）鉴定性试验验①抗裂性及开裂荷荷载②裂缝宽度及发展展③最大挠度及其变变化幅度④疲劳强度（2）科研性疲劳劳试验①各阶段截面应力力分布状况，中和和轴变化规律②抗裂性及开裂荷荷载③裂缝宽度、长度度、间距及发展④最大挠度及其变变化规律⑤疲劳强度的确定定⑥破坏特征分析§7-6结构疲劳试验2疲劳试验荷载载（1）疲劳试验荷荷载取值上限荷载：最大标标准荷载最不利组组合下产生的弯距距计算下限荷载：根据疲疲劳试验设备的要要求而定。国内多采用等幅匀匀速荷载：§7-6结构疲劳试验2疲劳试验荷载载（2）疲劳试验荷荷载速度荷载频率影响材料料的塑性变形和徐徐变，频率过高对对试验设施有影响响使构件在试验时实实际工作时受力状状态一致，构件与荷载架不能能发生共振荷载频率θ与结构构固有频率ω之比比应满足：§7-6结构疲劳试验2疲劳试验荷载载（3）疲劳试验的的控制次数经受所确定控制次次数的疲劳荷载作作用后，其抗裂性性、刚度、强度等等必须满足规范中中有关规定。中级工作制吊车梁梁：2Χ106次重级工作制吊车梁梁：4Χ106次§7-6结构疲劳试验3疲劳试验步骤骤（1）预加静载消除松动及接触不不良，压牢构件，，使测试仪表工作作正常（2）正式疲疲劳试验§7-6结构疲劳试验验3疲劳试验验步骤（2）正式疲疲劳试验§7-6结构疲劳试验验4疲劳试件件的安装（1）严格对对中（2）保持平平稳（3）安全防防护现行的疲劳试试验都是采取取试验室常幅幅疲劳试验方方法。即疲劳劳强度是以一一定的最小值值和最大位重重复荷载试验验结果而确定定。实际上结结构构件是任任意变化的重重复荷载作用用，随着测试试技术的不断断进步，常幅幅疲劳试验将将为济合实际际情况的变幅幅疲劳试验所所代替。§7-7动力试验的数数据处理1振动示波波波图的分析析（1）简单波波形的分析§7-7动力试验的数数据处理1振动示波波波图的分析析（2）合成振振动示波图的的简化分析①包线法§7-7动力试验的数数据处理1振动示波波波图的分析析（2）合成振振动示波图的的简化分析①包线法§7-7动力试验的数数据处理1振动示波波波图的分析析（2）合成振振动示波图的的简化分析②叠加法（叠加波）§7-7动力试验的数数据处理1振动示波波波图的分析析（2）合成振振动示波图的的简化分析②叠加法（拍拍振）§7-7动力试验的数数据处理2谐量分