.动力特性试验

§5-3结构动力特性的试验测定结构动力特性主要包括结构的自振频率、阻尼系数、振型等基本参数，也称动力特性参数或振动模态参数。这些特性由结构形式、刚度、质量分布、材料性质、构造连接等因素决定，与外荷载无关。测量与了解结构的自振频率，可以避免和防止荷载所产生的干扰频率与结构产生共振或拍振现象。已建建筑通过试验测定后，可以采取相应的措施，进行防振或消振。结构的动力特性可按结构动力学的理论进行计算。但由于实际结构的组成、材料和连接等因素，经简化计算得到的理论数据往往会有一定误差。对于结构阻尼系数，一般只能通过试验来加以确定。因此，结构动力特性试验就成为动力试验中一个极为重要的组成部分，引起人们的关注和重视。结构动力特性试验的方法主要有人工激振法和环境随机振动法。人工激振法又可分为自由振动和强迫振动法。§5-3结构动力特性的试验测定5-3-1

振动荷载法一、激励方法振动荷载(共振法):借助按一定规律振动的荷载，迫使结构产生一个恒定的强迫简谐运动，通过对结构受迫振动的测定，求得结构的动力特性的基本参数。一般采用惯性式机械离心激振器对结构施加周期性和简谐振动，使结构产生简谐强迫振动。二、资料整理

1.结构固有频率的测定

由结构动力学可知，当干扰力的频率与结构本身固有频率相等时，结构就出现共振。连续改变激振器的频率，同时记录下结构的振幅，就可作出频率――振幅关系曲线或共振曲线。§5-3结构动力特性的试验测定共振曲线中峰值对应的频率即为结构的固有频率（或周期）。如图5-9，第一个峰值对应的频率为第一阶固有频率（基本频率），第二个峰值对应的频率为第二阶固有频率。图5-9共振时的振动图形和共振曲线

§5-3结构动力特性的试验测定2.确定结构的阻尼系数和阻尼比采用半功率法（0.707法）由共振曲线图求得结构的阻尼系数和阻尼比。具体作法如下：1.以振幅为纵坐标，ω为横坐标作出共振曲线见图5-10。2.曲线上峰值对应的频率即为结构的固有频率。3.从共振曲线上在纵坐标最大值ymax的0.707倍处作一水平线与共振曲线相交于A和B两点，其对应横坐标是ω1和ω2，则半功率点带宽为式（5-12）4.阻尼系数式（5-13）5.临界阻尼比为式（5-14）图5-10由共振曲线求阻尼系数和阻尼比

§5-3结构动力特性的试验测定3.振型结构按某一固有频率作振动时形成的弹性曲线。用强迫振动法测结构的振型时，可由结构的不同楼层布置传感器，根据传感器测得的同一时刻不同楼层的振动幅值来确定结构的振型。将同一垂线上各测点在同一瞬时的振幅按比例和正负值绘在图上即振型曲线。图5-11为共振法测量某多层建筑物的振型，图（a）为传感器的布置，图（b）为共振时记录下的振动波形图，图（c）为建筑物的振型曲线。强迫振动法可测得结构的各阶振型，当测量结构高阶振型时，应布置足够多的传感器。注意：绘制振型曲线时要根据相位，规定位移的正负值。图5-11共振法测量建筑物的振型

§5-3结构动力特性的试验测定三、共振法的优缺点优点：对于较复杂的动力问题，可得到若干个固有频率。缺点：需专门的激振器。§5-3结构动力特性的试验测定5-3-2撞击荷载法一、激励方法二、资料整理1.确定结构自振频率

在结构的有阻尼自由振动曲线(见图5-12)上，根据时间坐标，量取振动波形的周期，求得结构的自振频率。为精确起见，可取几个波形，求平均值。图5-12自由振动时间历程曲线

§5-3结构动力特性的试验测定2.确定结构阻尼有阻尼自由振动波形在tn时刻的振幅为，经过一个周期T后，在tn+1时刻的振辐为，则相邻周期振幅之比为： 式(5-15)式中：周期。对上式两边取对数：式(5-16) 式(5-17)利用式(5-17)就可以由实测振动图形所得到的振幅变化来确定阻尼比。式(5-17)中又称为对数衰减率：§5-3结构动力特性的试验测定在整个衰减过程中，数值不一定是常数，有可能发生变化，所以，在实际工作中，经常取振动图中k个整周期进行计算，以求得平均衰减系数：式(5-18)式中：k——计算所取的振动波数；、——k个整周期波的最初波和最终波的振幅值。试验实测得到的有阻尼自由振动波形图有时没有零线，如图5-12所示，在测量结构阻尼时，可采用峰-峰幅值。对数衰减率： 式(5-19)式中：－－第n个波的峰-峰值；－－第n+k个波的峰-峰值。临界阻尼比：式(5-20)§5泳-3结构请动力斯特性版的试库验测捕定为消盗除撞葛击荷祸载冲红击的持影响否，最怀初的探一、统二个尝波可冒不作帜为依蓄据。三、紧自由嫁振动捆法的腐优缺化点优点:用自迁由振改动法容得到继的周薪期和栽阻尼否系数淡是可玩靠的躁，试煌验结钢果的妖整理划也比员较容阁易。缺点:但只肥能测馅得一应阶的惜固有病频率宾和振走型。§5熟-3结构唇动力顶特性放的试雄验测庄定5-挑3-蒜3脉动笨法脉动韵法通小常用腰于测粗量整杜体建对筑物四的动早力特能性，没这种识方法院不用铜专门赞的激野振设既备，循而是川通过程测量盒建筑碎物由肥于外外界不颗规则细的干历扰而回产生咏的微岛小振货动，委即“添脉动缘瑞”来标确定撕建筑项物的摩动力尤特性史。脉盼动信糖号极舟其微则弱，凶一般建只有连几微爆米到颗几百建微米服。一、否原理脉动寒是不责规则剪的，殊但当族脉动桥的卓业越频仓率接渴近（矩或等沾于）股结构蜡的固桨有频浮率时补，结柜构会厨产生电“拍尖振”必或“王共振祥”，应此时全，脉弱动记浊录光眠点振啄幅大堪，波点形光驴滑，沸而且藏这样区的情声形总瓣是多即次重怪复的抖。注意形：观挽测时浊，应输避开非外界众有规会则干忘扰。二、招资料尚整理分析支建筑萝物脉范动信纪号的欣方法芦：主崖谐量侧法、渠统计趴法、宁频谱财分析蹦法和谦功率购谱分纽奉析法券。图5-抵13用脉即动法捎测建宵筑物茂动力商特性1.主谐绕量法建筑花物固纷有频答率的锻谐量威是脉纸动里蛇最主浇要的桂成分写，在化脉动卸图上绘可直旗接量榨出来暮。凡是封振幅怎大波话形光棋滑处鼠的频兔率总恶是多疯次重系复出手现。如果昏建筑诉物各百部位冒在同膨一频箱率处声的相唐位和抓振幅修符合西振型弯规律认，那组么，快就可悦以确岭定此惊频率秤为建翻筑物渴的固团有频坚率，并见图5-植13。§5异-3结构膨动力缝特性景的试导验测鱼定§5抱-3结构始动力踪蝶特性笨的试璃验测吸定2.统计筛法由于竖弹性胖体受饮随机圣因素述影响轧而产井生的豆振动纲必定努是自钢由振塞动和看强迫败振动砌的叠纹加，菠具有汁随机属性的含强迫孕振动臭在任铸意选册择的迟多数见时刻表的平暖均值件为零身，因兽而利张用统骨计法疾可得录到建得筑物归自由尾振动巩的衰镇减曲叶线。具体煌作法贴：在脉免动记诸录曲拢线上部任意赤取y1，y2，…yn，当yi为正螺值时弟记为盼正，怪且以风后的红曲线属不变嗓号；移当yi为负愉值时精变为指正，铲且yi以后加的曲素线全诵部变和号。车在y轴上活排齐偏起点揪，绘弦出yi曲线乳后，室用这洋些曲稍线的驼平均少值画贡出另南外一色条曲劳线（铁见图5-椒14（b））笨，这挑条曲寨线便具是建亏筑物赢自由恐振动舰的衰乖减曲汇线，曲利用盒它便眠可求芳得基封本频纸率和里阻尼细。用统朗计法判求阻惜尼时筋一般东不得份少于40条。图5-西14统计词法分辩析脉塑动曲孕线§5锤-3结构秀动力斥特性浴的试缺验测已定3．频纵谱分眉析法假设脉动肺信号樱是一只个复潮杂的借周期早信号痕。通过府谐量食分析眉，将酒脉动姐信号谱分解锻成若唐干个住单一姨频率愁正弦糟规律目的简潮谐分吊量。（1）理惨论基赤础谐量烂分析死的理论伙基础是傅立呼叶级静数的本原理。任辛意一畅个圆餐频率构为耀（周子期为鱼）攀的周强期性烈函数犬都可为以分胃解为阅包括沃许多但正弦辞和余指弦函圾数的筑级数度，它允们的太圆频肌率各芹为态、仅、配、…等，聚即式（5-漫21）式中共：――函数露的平刃均值式（5-如22）――傅立译叶系逗数式（5-层23）式（5-蛇24）――周期才性函粮数累的案周期式(5自-2宰1)可改内写为式（5-舞25）式中缝：――函数畏的平认均值疼。式（5-鲁26）――第班个粘谐量浮的振潮幅（雷频谱鸣幅值润）。式（5-乘27）――第樱个谐猴量的勇初相嚼角（砌相位释角）国。式（5-在28）特点：承次谐芳量固制有频骡率是放一次烫谐量春固有何频率射的洗倍。§5节-3结构河动力员特性笨的试很验测脱定§5落-3结构踪蝶动力繁特性签的试彼验测销定（2）计左算方迫法由于职有的者函数f(虚t)关系灭式是叼给不迫出来昏的，侨只能喂从实痕测中碑得到冰振动期记录袭曲线钳，利盯用傅受立叶澡级数旨逼近富原理创，把挣振动心曲线喊按时括间序陷列进蒜行图花数转捞换，油得到如一组舅数据,纽奉…拌,才能乡丰用近任似积跨分求木和的糠方法深求出私。具体旅方法赏如下贞：①在资实测宰记录身的振捉动波另形曲秋线中仍，取筐一个宋有代筋表性议的周召期，盯将周森期分酷作n个等哨分点糕（n+讽1个点亮），惕通常n取4的倍缠数，抚如图5-险15。图5-雅15脉动悄记录赶曲线微的频协谱分候析§5脉-3结构误动力袖特性坟的试滋验测口定②量婚取各迁分点面处曲朽线的候函数安数值没。③按沸下式肆计算夹傅立培叶级淘数的狱系数式（5-伐29）式（5-绳30）式（5-覆31）④求蓝每个谣谐量诞的幅名值和疾初相霉角式（5-回32）式（5-属33）⑤绘棉制幅枯值谱需和相永位谱福图进行截谐量拿分析枪后，贺把一帅个复论杂的胆振动概分解注成一剖个一等个的喂简谐企分量吵，在燃直角烧坐标苍上，淹以频码率瞒为横喇坐标寸，以毁各次棒谐波筹的幅伶值必为纵申坐标盲，绘青出的禾图形锡称之蠢为频侵谱图勤（图5-秩16）。毕以频中率矛为横侮坐标阻，以泰各次颤谐波撞的相完位韵为纵苏坐标区，绘湿出的薄图形符称之考为相固位谱辽图（河图5-附17）。图5-咬16振幅筋谱示艳意图图5-详17相位嫂谱示皂意图§5泻-3结构乳动力膜特性湿的试仇验测倘定⑥根王据频留谱图例可求艳出结做构的挡固有耀频率得、阻挠尼系宣数和摄相位最大满振幅过对应耽的频伯率f是卓猎越频毅率，咸也就屯是结什构的摄固有开频率弄。阻巧尼系上数（票阻尼代比）影的求更法：拿类似熟共振醋法。注意黄：结游构固帜有频抚率基胞频与齐谐量私分析差中的黄基频烫相区果别结构缎固有丙频率蒙基频绵是结艰构作君自由旧振动亭时的飞频率撤，鸡，怕谐量异分析贺中的卧基频个是茎结构酿作复俭杂周析期振数动的怜最低贵频率辞。三、赞脉动赠法的垮优缺发点优点踩：不层用专或门的给激振战设备蚕，不聪受结是构形填式和展大小鞠的限世制，撇适用撇于各揉种结拨构。缺点轧：由尸于脉脱动信杰号比缴较微裳弱，扶测量锁时要蛮选用皆低噪催声和祸高灵衬敏度榴的测慈振传扶感器个和放糠大晃器，坊并配叼有足萍够快营的记螺录设域备。§5淡-3结构卫动力炎特性润的试央验测支定§5鸽-3结构提动力邻特性候的试卡验测任定4.功率球谱分耕析方腰法假设建筑冻物的条脉动锯是一宜种平创稳的轧各态昼历经构的随此机过京程，底且结致构各良阶阻肾尼比签很小呀，各鞋阶固毙有频瓜率相倒隔较餐远。利用胃上述衔假设译则可处以利豆用脉弄动振