2024软基水闸动力学测试技术规程

软基水闸动力学测试技术规程目次1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14基本规定 24.1一般规定 24.2资料收集 24.3测试方案编制 35动力学测试仪器设备及工作环境要求 45.1仪器设备组成及要求 45.2传感器 4信号传输线 4数据采集仪 4动态信号分析系统 45.6供电设备 55.7工作环境要求 56传感器安装及动力学测试操作 5传感器安装及要求 5测试前的准备工作 5动力学测试操作步骤及要求 6动力学测试资料记录 67振动信号的数据处理 6振动信号的数据处理内容 7振动信号的预处理 7振动信号的时域分析 7振动信号的频域分析 7工作模态识别 78测试资料整理与分析 8测试资料整理 8测试资料分析 8测试成果报告 8附录A（资料性）测点布置示意图 10附录B（资料性）动力学测试系统示意图 11附录C（资料性）测试信号质量情况对比 12附录D（规范性）动力学测试原始记录表 13附录E（资料性）奇异熵计算 14附录F（资料性）稳定图法 16IPAGEPAGE1PAGEPAGE2软基水闸动力学测试技术规程范围本文件规定了已建软基水闸动力学测试的工作内容和技术要求。本文件适用于泄流激励下软基水闸运行期的动力学测试。规范性引用文件凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T14412机械振动与冲击加速度计的机械安装GB/T51306工程振动术语和符号标准术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1软基水闸softfoundationsluice修建在由冲积或沉积形成的天然含水量大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土地基之上，利用闸门控制流量和调节水位的低水头水工建筑物。3.2随机振动randomvibration对未来任意给定时刻，其瞬时值不能预先确定的振动。3.3振动响应vibrationresponse地基土、结构或隔振体系受振动作用时的振动输出。3.4振动模态vibrationmode系统中每个质点做相同频率的简谐振动时的特征模式。3.5振型节点nodeofvibrationmode在某阶固有频率下，振型与原来形状的交汇节点。3.6模态参数modalparameter振动系统的各阶固有频率、振型、模态阻尼等表征模态的特征参数。3.7汉宁窗hanningwindow一种用于减少信号频谱泄漏问题的窗函数。3.8工作模态识别operationalmodalidentification利用环境激励下结构的实测振动响应获取结构自身动力特性的方法和过程。3.9模态定阶modalorderdetermination确定结构系统振动模态的阶次或模态数的过程。3.10奇异熵singularentropy对振动信号进行奇异值分解后，计算奇异值的信息熵值而得到的用于确定模态阶次的指标。3.11稳定图stabilitydiagram在结构模态分析中用于识别结构系统真实模态参数和区分真实模态与虚假模态的图形化工具。基本规定振动响应测试物理量包括振动加速度、振动速度、振动位移和动应变等。软基水闸动力学测试工作，应优先采用成熟可靠的先进技术和设备。对软基水闸进行动力学测试，不应对结构造成损害。现场测试时，测试仪器设备应有防水、防风、防晒、防磁和防振等保护措施。测试现场应保证测量仪器设备的电源供应及运输条件。意见书等，可参考国家科技档案相关规定整理归档。资料收集现场环境资料。软基水闸的基础资料收集宜包括以下内容：工程概况、总体布置、水文气象、地形地质资料等；竣工资料、设计图纸、原始设计参数和数据等；工程监测、日常检查、问题处理等运行情况资料。软基水闸测试现场环境资料宜包括以下内容：场地及其邻近的干扰振源资料；PAGEPAGE11PAGEPAGE4影响现场测试人身安全的周边环境资料。测试方案编制和补充。测试方案的编制，宜包括以下主要内容：测试的目的及任务；测试物理量的确定；测试仪器设备的确定，包括测试传感器及数据采集仪是否在校准的有效范围内；测试工况的确定；测试传感器布置图，宜对传感器进行编号，并标出布点位置及坐标；传感器的安装及固定方法；测试具体实施步骤和程序；安全措施预案。出测点位置及坐标，并画出测点布置图。测点布置宜满足以下要求：5个；和主要部位的动态响应且便于安装，不宜布置于工作桥、线缆沟等附属结构上；振动传感器宜布置在安全且可避开人为干扰的位置，附近应能防磁和防局部振动；试过程中不应产生倾斜和附加振动；至少保留一个共同的参考点，参考点位置应避开拟测结构的振型节点；A。规程要求。1图1软基水闸动力学测试流程图动力学测试仪器设备及工作环境要求仪器设备组成及要求B。仪器设备应便于携带、安装，适应野外工作环境。传感器护（防尘、防水）IP67软基水闸动力学测试宜采用具有较高的精度和灵敏度的低频振动传感器，频率下限应不大于0.5Hz，510-7m~10-6m，10-7m/s~10-6m/s，加10-6m/s2~10-4m/s2。30Hz30Hz~100Hz时，宜选用速度传感器；当在100Hz以上时，宜选用加速度传感器。动应变测试传感器宜采用电阻应变计，测量范围：-10000με～+10000με，精度不低于±1με。信号传输线信号传输线应采用专用屏蔽电缆线，屏蔽电缆线应具有防水、绝缘性能。信号传输线所有连接应牢固可靠，线缆接头处应绝缘屏蔽，宜采用套管保护。数据采集仪分析软件相连，形成高性能数据采集和信号分析系统。24AD动态信号分析系统动态信号分析系统应具有多通道数据采集能力，具备基本的数字信号处理功能。数字信号处理包括时域分析中的数字滤波、波形截取、通道分离、数字积分/微分、峰值计数、分析、互功率谱分析、三维谱阵分析、传递函数分析、相干函数分析等功能。供电设备供电设备应具有维持现场测试仪器设备持续、稳定的供电能力。6工作环境要求现场工作环境应具备测试仪器设备安装、调试、更换、运行条件和正常工作的温度与湿度。测试场地应避开外界干扰振源，避免强电磁、噪声干扰。测试仪器设备应良好接地，消除噪声干扰。传感器安装及动力学测试操作传感器安装及要求GB/T14412传感器应按使用说明书及动力学测试要求的位置和方向安装；c）上，将信号传输线与传感器连接，最后用胶带将信号传输线固定于软基水闸结构表面，如图2所示；座粘结于结构表面，避免底座产生滑移，胶水凝固后应具有一定的刚性；受力，宜用胶带将信号传输线固定在结构表面，避免信号传输线移动。a）竖向传感器安装b）水平向传感器安装1.信号传输线；2.结构表面；3.胶带；4.粘结剂；5.专用底座；6.传感器图2传感器安装示意图感器对应的信号传输线编号、放大器编号、测量通道编号等。测试前的准备工作二之间。测试前应对振动传感器、应变片等进行标定。测试前应进行预分析，选定合适的采样频率和采样时间。在测试前应对测试系统的环境背景噪声进行测量、记录和分析。动力学测试操作步骤及要求软基水闸结构动力学测试宜按以下步骤进行：a）5.2.3（分析频率2.5650Hz~200Hz30min；c）采用泄流激励作为激励源对软基水闸结构进行多通道的同步动力学测试采集；d）采集振动信号数据并保存；e）对振动信号数据进行初步分析及合理性评价，常见的几种测试信号质量异常情况可参见附录C。现场动力学测试时，应按照安全措施预案要求开展测试工作。动力学测试资料记录动力学测试资料记录应包括以下内容：a）（含测试方向b）测试工况（相关水位、流量等（测点编号和现场录制视频、照片原始实测振动时程曲线；测试过程中的情况说明（包括现场测试环境、测试条件、情况描述等g）D存，按相关规定存档。振动信号的数据处理振动信号的数据处理内容应通过数学运算方法对动力学测试所得的信号进行处理。振动信号的数据处理内容包括振动信号的预处理、时域分析、频域分析和工作模态识别等。振动信号的预处理降低外部环境干扰及其他各方面因素的影响。振动信号的预处理包括以下内容：a）c）消除趋势项；d）滤波处理；e）振动信号的时域分析软基水闸结构动力学测试信号应按各态历经的平稳随机过程进行时域分析。时域分析宜包括以下内容：振动信号的降噪；选择合适的概率分布函数和概率密度函数进行分析；所测物理量的时域指标统计，包括振幅最大值、最小值、时均值、方差、均方差；d）波处理。振动信号的频域分析谱分析（自谱分析和互谱分析。10243250%。工作模态识别软基水闸结构工作模态识别可以采用时域识别法、频域识别法和时频域识别法。在工作模态识别过程中，应进行模态定阶，剔除虚假模态。软基水闸结构工作模态定阶可采用奇异熵（E）和稳定图法（F）次。2别结果进行对比验证，确保识别结果的准确性。测试资料整理与分析测试资料整理测试资料整理应包括以下主要内容：a）整理收集的基础资料、动力学测试记录资料及其他与动力学测试有关的资料和技术文件；b）态；整理现场动力学测试视频和照片及文字说明；线、关系曲线、文字说明等的合理性；原始测试数据应整理汇总并附上动力学测试记录说明，形成电子文件后进行备份存储；f）测试资料分析GB/T51306测试资料分析应包括以下主要内容：和空间上的分布特征图、各测点测试物理量之间的相关关系图，对异常结果应分析原因；状态，描述软基水闸结构振动特性；针对测试存在的问题，对测试设备、测试方法、测试精度和测试周期提出改进意见；并对软基水闸结构的运行管理提出建议。应对测试结果进行初步分析及评判：闸振动信号可能存在较大干扰；（底板脱空或结构损伤一步检测或分析。测试成果报告测试成果报告宜分为阶段性测试成果报告和测试成果总报告。阶段性测试成果及分析、阶段性结论等内容，待全部测试工作完成后，编写测试成果总报告。测试成果总报告由封面、扉页、摘要、目录、正文、资料附录等部分组成。测试成果报告正文应包含以下内容：a）前言；b）工程概况；试单位及人员、与测试有关的规程和规范等；测试工况和测点布置；e）测试成果与分析；g）h）确、完整、简明扼要。测试成果报告中应附必要的附图、附表和照片等资料。11110A测点布置示意图16A.1注：图中L为闸墩长度；n为单个闸墩布置测点个数。图A.1测点布置示意图B动力学测试系统示意图B.1。图B.1动力学测试系统示意图131312C测试信号质量情况对比C1当环境激励稳定时，采集信号一般为平稳随机波动（C1，应观察采集信号中波形是否（C2机械启闭等人为干扰或强风、降雨等环境干扰，必要时可进行重新测试。图C.1正常平稳随机振动波形图C.2含较强噪声振动波形C.2（C.3）（见图C.4）干扰等，必要时可进行重新测试。图C.3零点漂移振动信号图图C.4基线漂移振动信号图D动力学测试原始记录表动力学测试原始记录表见表D.1。表D.1动力学测试原始记录表测试工程名称工程地址现场天气情况测试地点仪器设备名称仪器型号测试参数测量方向测点个数采样频率采样时间振源情况检测工况数据保存目录及文件名测点编号采集仪通道号传感器编号传感器档位传感器灵敏度传感器安装位置测点位置布置示意图测试人员校核人员测试日期15154E假设一长度为N

Xtxt0

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，k0,1,,N1；将X(t)映射到相空间中，得到轨迹矩阵O： x(t0) x(t0) x[t0(l] x(t) x(t) ] Ο 0 0 0 (m]x(t)(ml] 0 0 0 (E.1)式中：O——m×l维的轨迹矩阵；t0——初始时刻；——采样间隔。根据信号奇异值分解原理，存在如下关系：ORSUT1(E.2)式中：R——m×n维的矩阵；S1——n×n维的对角线矩阵；U——l×n维的矩阵。当信号无噪声或具有较高的信噪比时，矩阵S1可描述为：S1diag[1,2,,i,,k,0,,0],(kn,σi0,i1,2,,k)(E.3)式中：——奇异值，且12k0；k——非零奇异值个数；n——奇异值个数。而当信号具有较低信噪比时，其奇异值分解后得到的矩阵S1可描述为：S1diag[1,2,,i,