第五章 结构动力特性试验
结构动力特性试验
结构动力特性试验答：指结构受力荷载激励时，在结构自由振动或强迫振动情况下测量结构自身所固有的动力性能的试验单调加载答：是指荷载从零开始，一直加到结构构件破坏的一次性连续加载方法延性系数是答：是指在低周反复加载试验所得的骨架曲线上，结构破坏时的极限变形与屈服时的屈服变形之比退化率答：是指在低周反复加载试验所得加载时，每施加一周荷载后强度或刚度降低的速率非破损检测技术答：是在不破坏结构构件材料内部结构、不影响结构整体工作性能和不危及结构安全的情况下，利用和依据物理学的力、声、电、磁和射线等原理、技术和方法，测定与结构材料性能有关的各种物理量，并以此推定结构构件材料强度和检测内部缺陷的一种测试技术低周反复静力加载试验答：是一种以控制结构变形或控制施加荷载，由小到大对结构构件进行多次低周反复作用的结构抗震静力试验试件支承装置答：指支承结构构件、正确传递作用力、模拟实际荷载图式和边界条件的设备，通常由支座和支两部分组成金属丝的灵敏系数答：表示单位应变引起的相对电阻变化数据修约答：是指根据试验要求和测量精度，按照有关的规定，对在试验中采集到的杂乱无章、位数长短不一的试验数据整理成规定有效位数的数值的过程骨架曲线答：在低周反复加载试验所得荷载一变形滞回曲线中，取所有每一级荷载第一次循环的峰点连接的包络线作为骨架曲线破损荷载答：试件经历最大承载力后，达到某一剩余承载能力时的截面内力或应力值仪器的频率响应答：指动测仪器输出信号的幅值和相位随输入信号的频率而变化的特性试验加载制度答：指的是试验进行期间荷载的大小和方向与时间的关系压电式加速度传感器幅值范围答：即传感器灵敏度保持在一定的误差大小时的输入加速度幅值的范围，也就是传感器保持线性的最大可测范围振型答：指结构在对应的某一固有频率下一个不变的振动形式重力加载答：是将物体本身的重力施加于结构上作为荷载测量仪器的灵敏度答：是指被测量的单位物理量所引起仪器输出或显示装置示值的大小，即仪器对被测量物理量变化的反应能力几何相似答：是指模型和原型结构之间所有对应部分尺寸成比例加载图式答：指的是试验荷载的空间布置结构动力系数答：是动度与静度的比值刚度检验法答：是指30%~60%的设计荷载进行加载，测得结构变形和材料的应变与理论计算对比，以检验试验结构和材料可靠性的检验方法缩尺模型答：原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表称为缩尺模型液压脉动器答：是疲劳试验机的核心部分，是产生脉动负荷的主要机构整体结构的静力试验答：是指对已建成的建筑物进行机构试验，试验范围可以是整体结构、部分结构脉动答：建筑物由于受到外界的干扰而经常处于不规则的振动中，其振幅一般在10um，称之为脉动结构抗震试验答：是在地震或模拟地震作用下研究结构构件抗震性能和抗震能力的专门试验电磁加载答：是在磁场中放入动圈，通以交流电流，使固定于动圈上的顶杆等部件作往复运动，对试验对象施加荷载等效荷载答：指构件的控制截面和控制部位上能产生与原来荷载作用时相同的某一作用效应的荷载几何对中答：是指将构件轴线对准作用力的中心线的过程横向灵敏度比答：比即传感受器受到垂直于主轴方向振动时的灵敏度与沿主轴方向振动的灵敏度之比拟动力试验答：是利用计算机和电液伺服加载器联机系统进行结构抗震试验的又一种试验方法气压加载法答：主要是利用空气压力对试件施加荷载的一种方法时间相似答：是指结构模型在随时间变化的过程中和原型在对应的时刻进行比较，相对应的时间成比例原位试验答：是指试件的结构构件在生产或施工现场处于实际工作的位置、它的支撑情况、边界条件和工作状态完全一致的试验结构疲劳试验答：制研究结构构件在多次重复或反复荷载作用下地结构性能及其变化规律的试验测量仪器的稳定性答：指当被测物理量不变，仪器在规定的时间内保持示值与特性参数不变的能力应变答：是单位长度上的变形，在结构试验中，可以用两点之间的而相对位移来近似地表示两点之间的平均应变异位试验。
结构动力特性试验
OFS
LPFG
FBG
EFPI
四、试验过程
1、熟悉传感器和测量仪器，并连线。 2、打开设备电源，预热10min。 3、启动DHDAS_5920动态信号采集分析软件，
熟悉界面。
4、测量参数设置 （1）分析参数设置 z 采样频率：1k~2kHz； z 采样方式：连续
其余不用设置。
OFS
LPFG
FBG
EFPI
OFS
应变片
m
Z 0(t)
LPFG
FBGZ1 ( t )
EFPI
（2）压电式加速度传感器
¾ 振动时质量块产
生的惯性力，使压
电元件产生变形，
从而产生与加速度
成正比的电荷，经
m
后级电荷放大器后
得到与加速度成正
比的电压值。
3
优点：
引出线
¾（1）体积小，重量轻，对被测体的影响小。
¾（2）频率范围宽、动态范围大、测量灵敏 度高。
25
EFPI
灵敏度的选择
（1）土木工程和超大型机械结构的振动 在1~100ms-2左右，可选300~30pC/ms-2 的加速度传感器。
（2）特殊的土木结构（如桩基）和机械 设备的振动在100~1000ms-2，可选择 20~2pC/ms-2 的加速度传感器。
（3）碰撞、冲击测量一般10k~1Mms-2， 可选则0.2~0.002pC/ms-2 的加速度传感 器。
OFS
LPFG
FBG
EFPI
频率选择
选择加速度传感器的频率范围应高于被 测试件的振动频率。有倍频分析要求的 加速度传感器频率响应应更高。
土木工程一般是低频振动，加速度传感 器频率响应范围可选择0.2~1kHz
结构动力特性测试方法及原理
一.概述每个结构都有自己的动力特性，惯称自振特性。
了解结构的动力特性是进行结构抗震设计和结构损伤检测的重要步骤。
目前，在结构地震反应分析中，广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法，但需要以确定结构的动力特性为前提。
n个自由度的结构体系的振动方程如下：M y(t) C y(t) K y(t) p(t)式中M、C、K分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，均为n维矩阵；p(t)为外部作用力的n维随机过程列阵；y(t) 为位移响应的n维随机过程列阵；y(t)为速度响应的n维随机过程列阵；y(t)为加速度响应的n维随机过程列阵。
表征结构动力特性的主要参数是结构的自振频率 f (其倒数即自振周期T)、振型Y(i)和阻尼比_：这些数值在结构动力计算中经常用到。
任何结构都可看作是由刚度、质量、阻尼矩阵（统称结构参数）构成的动力学系统，结构一旦出现破损，结构参数也随之变化，从而导致系统频响函数和模态参数的改变，这种改变可视为结构破损发生的标志。
这样，可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损，进而提岀修复方案，现代发展起来的“结构破损诊断” 技术就是这样一种方法。
其最大优点是将导致结构振动的外界因素作为激励源，诊断过程不影响结构的正常使用，能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。
从传感器测试设备到相应的信号处理软件，振动模态测量方法已有几十年发展历史，积累了丰富的经验，振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。
随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高，结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测，并可得到比较精确的结构动态特性（如频响函数、模态参数等）。
目前，许多国家在一些已建和在建桥梁上进行该方面有益的尝试。
测量结构物自振特性的方法很多，目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法和自由振动法。
稳态正弦激振法是给结构以一定的稳态正弦激励力，通过频率扫描的办法确定各共振频率下结构的振型和对应的阻尼比。
结构动力试验
记录设备的种类
阴极射线示波器 瞬态波形记录仪 动态数据采集仪
1.光线示波器 1.光线示波器 2.动态数据采集仪 2.动态数据采集仪
光线示波器的工作原理
动态测试系统三种配套仪器系统
5.4 动参数的测量方法
动力试验通常包括三方面内容： 动力试验通常包括三方面内容：
1. 2. 3.
动荷载特性的测定； 大小、方向、频率、作用规律） 动荷载特性的测定； （大小、方向、频率、作用规律） 结构自振特性的测定；（自振频率、阻尼、振型） 结构自振特性的测定； 自振频率、阻尼、振型） 结构在动荷载作用下的动力反应的测定。 结构在动荷载作用下的动力反应的测定。
土木工程结构试验
5.3 测振仪器
动力试验测振仪器系统由三部分组成： 动力试验测振仪器系统由三部分组成：
测振传感器 测振放大器
测振仪器系统框图
测振记录仪
振源
测振传感器（拾振器）：把机械运动如位移、速度、加速度转换成电量输出。 测振传感器（拾振器）：把机械运动如位移、速度、加速度转换成电量输出。 ）：把机械运动如位移
F合V = 2 F sin ωt = 2mω 2γ sin βωt
土木工程结构试验
优点：激振力范围大（由几十牛到几兆牛）。 优点：激振力范围大（由几十牛到几兆牛）。 缺点：频率范围较小，一般在100Hz以内，因此， 缺点：频率范围较小，一般在100Hz以内，因此，低频时激 100Hz以内 振力不太大。另外，激振力和频率不能各自独立变化。 振力不太大。另外，激振力和频率不能各自独立变化。处理 数据时为使激振力为常力，得进行处理。 数据时为使激振力为常力，得进行处理。
5.3.1 测振仪器的性能指标
；（2）频率范围；（ ；（3）相位差；（ ；（4）动态线性范围； （1）灵敏度；（ ）频率范围；（ ）相位差；（ ）动态线性范围； ）灵敏度；（ （5）抗干扰能力。 ）抗干扰能力。
结构动力性实验报告
结构动力性实验报告1. 引言结构动力性实验是通过对建筑物或其他结构的动力响应进行测试和分析，以评估其抗震性能和安全性。
本实验旨在研究结构在受到外部振动力作用下的动态响应特性，为建筑结构设计和抗震设防提供实验依据。
2. 实验设备和方法2.1 实验设备本次实验使用了以下设备：1. 动力测试仪：用于施加不同振频和振幅的外部振动力，测量结构的动态响应。
2. 加速度传感器：用于测量结构物体在受到振动力作用下的加速度。
3. 数据采集仪：用于记录并存储从加速度传感器获取的数据。
2.2 实验方法实验步骤如下：1. 准备工作：根据实验需求，调整动力测试仪的振频和振幅。
2. 安装加速度传感器：将加速度传感器安装在结构物的合适位置，确保传感器与结构物之间的接触良好。
3. 连接设备：将加速度传感器与数据采集仪连接，并确保连接稳定。
4. 开始实验：通过动力测试仪施加不同振频和振幅的外部振动力，观察结构物的动态响应，并使用数据采集仪记录加速度数据。
5. 数据分析：将数据采集仪记录的加速度数据导入计算机，使用合适的数据处理软件进行分析，得出结构物在受到外部振动力作用下的响应特性。
3. 实验结果与分析通过实验获得的结构物的加速度数据可以得出如下结论：1. 结构物的自然频率：通过观察加速度-时间曲线的振幅变化，可以确定结构物的自然频率。
自然频率是结构物在无外部振动力作用下自由振动的频率。
在实验中，我们观察到当外部振动力的频率与结构物的自然频率接近时，结构物的振幅达到最大值。
2. 结构物的阻尼比：阻尼比是描述结构物在受到外部振动力作用下能量耗散程度的参数。
在实验中，我们通过观察加速度-时间曲线的振幅衰减情况，可以估计结构物的阻尼比。
通常情况下，结构物的阻尼比越大，其对振动的抑制能力越强。
3. 结构物的共振现象：在实验中，我们发现当外部振动力的频率与结构物的自然频率相差较小时，结构物的振幅明显增大，出现共振现象。
这表明结构物在共振频率附近的振动能量吸收与耗散不均衡，可能导致结构物的破坏或加剧损坏。
结构动力特性-文档资料
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、共振法
（二）资料整理
（1）结构的固有频率测定
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。
二、共振法
（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5-14。 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
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。
二、共振法
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513，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5-13 共振时的振动图形和共振曲线
（一）原理
脉动是不规则的，但当脉动的卓越频率接近（或等于）结 构的固有频率时，结构会产生“拍振”或“共振”，此时， 脉动记录光点振幅大，波形光滑，而且这样的情形总是多 次重复的。
注意：观测时，应避开外界有规则干扰。
• 1.主谐量法
• 建筑物固有频繁的 谐量是脉动里最主 要的成分，在脉动 图上可直接量出来。 凡是振幅大波形光 滑处的频率总是多 次重复出现。如果 建筑物各部位在同 一频率处的相位和 振幅符合振型规律， 那么，就可以确定 此频率为建筑物的 固有频率，见图516。
建筑结构试验名词解释
建筑结构试验一、名词解释1、结构动力特性试验：指结构受动力荷载鼓励时，在结构自由振动或强迫振动情况下量测结构自身所固有的动力性能的试验。
一八10 082、结构动力反响试验：指结构在动力荷载作用下，量测结构或特定部位动力性能参数和动态反响的试验。
3、结构劳累试验:指结构构件在等幅稳定、屡次重复荷载的作用下，为测试结构劳累性能而进行的动力试验。
二七八4、地震模拟振动台试验：指在地震模拟振动台上进行的结构抗震动力试验。
5、短期荷载试验：指结构试验时限与试验条件、试验时间或其它各种因素和基于及时解决问题的需要，经常对实际承受长期荷载作用的结构构件，在试验时将荷载从零开始到最后结构破坏或某个阶段进行卸载，整个试验的过程和时间总和仅在一个较短时间段内完成的结构试验。
一八6、长期荷载试验：指结构在长期荷载作用下研究结构变形随时间变化规律的试验。
七7、现场试验：指在生产或施工现场进行的实际结构的试验。
8、相似模型试验：按照相似理论进行模型设计、制作与试验。
十9、缩尺模型：原型结构缩小几何比例尺寸的试验代表物。
07 09 蟹相似：对象是实际结构〔实物〕或者是实际的结构构件壁枇似：是仿照〔真实结构〕并按肯定比例关系复制而成的试验代表物，它具有实际结构的全部或局部特征，但大局部结构模型是尺寸比原型小得多的缩尺结构。
结构抗震试验：是在地震或模拟地震荷载作用下研究结构构件抗震性能和抗震能力的特意试验。
拟动力试验:是利用计算机和电液伺服加载器联机系统进行结构抗震试验的一种试验方法。
地震模拟震动台试验:是指在地震模拟振动台上进行的结构抗震动力试验。
低周反复加载静力试验：是一种以操纵结构变形或操纵施加荷载，由小到大对结构构件进行屡次低周期反复作用的结构抗震尽力试验。
短期荷载试验:是指结构试验时限与试验条件、试验时间或其他各种因素和基于及时解决问题的需要，经常对实际承受长期何在作用的结构构件，在试验时将荷载从零开始到最后机构破坏或某个阶段进行卸载，整个试验的过程和时间总和仅在一个较短时间段内〔如几天、几小时、甚至几分钟〕完成的结构试验长期荷载试验:是指结构在长期何在作用下研究结构变形随时间变化规律的试验。
结构的动力特性试验课件
载荷形式和大小
环境因素
动载荷的形式和大小对结构的动力特性有 重要影响，特别是对于一些特殊载荷，如 冲击载荷和共振载荷。
温度、湿度、腐蚀等因素也会影响结构的 动力特性，因此在长期监测和维护过程中 需要特别关注。
CHAPTER 03
结构动力特性试验方法
试验前的准备
明确试验目的 在开始试验前，需要明确试验的 目的和要求，以便选择合适的试 验方法、确定试验参数和制定试 验计划。
准备试件 根据试验要求，准备合适的试件 ，确保试件的质量、尺寸和形状 符合要求，并对其进行必要的预 处理。
选择合适的试验装置 根据试验目的和要求，选择合适 的试验装置，包括激振器、测力 计、位移计等，并确保其精度和 可靠性。
搭建试验台 根据试验要求，搭建合适的试验 台，包括基础、支撑结构、固定 装置等，确保试验台稳定可靠。
模型简化与真实情况的偏 离
为了简化试验过程和提高效率 ，现有的试验方法通常会采用 简化的模型，这可能导致与真 实结构的动力特性存在偏差。
环境因素对试验结果的影 响
温度、湿度、风载等环境因素 可能对试验结果产生影响，但 现有方法难以完全消除这些影 响。
未来研究的方向与重点
发展先进的试验技术与方法
研究和发展更高效、准确和经济的结构动力特性试验方法，包括新型 的传感器技术、数据采集和处理技术等。
试验过程
安装试件
将试件安装在试验台 上，确保安装位置准 确、稳定可靠。
设置激振器
根据试验要求，设置 合适的激振器，包括 频率、振幅、波形等 参数，以产生所需的 激励力。
数据采集
在试验过程中，使用 各种传感器采集所需 的响应数据，如位移 、速度、加速度、应 力等。
调整激振参数
地震工程学 - 第五章结构动力特性
5.5 恢复力曲线的模型化 5.5.2 几个重要的恢复力曲线模型 Romberg-Osgood模型 • 滞回曲线：
i P Pi P Pi 1 2 y 2 Py 2 Py
1
5.5 恢复力曲线的模型化 5.5.2 几个重要的恢复力曲线模型 Romberg-Osgood模型
5.2 动力性能的一般特点 5.2.4 裂面效应与包兴格效应
基本现象：
包兴格效应：损伤愈严重，效应越显著。
5.3 基本构件的动力性能 5.3.1 钢筋混凝土构件
受弯构件 压弯构件 受扭构件 梁柱节点 剪力墙
5.3.2 砌体构件
砖墙
带构造柱砌体墙 配筋砌体
5.3.3 钢结构构件
SHM techniques ·Level 1 ∶ ·Level 4
Information aimed
·结构/系统识别 · 参数识别 · 损伤识别/诊断
Direct inspection ·Fatigue ·Crack ·Corrosion ·Etc.
Static fielding tests ·Behavior tests ·Diagnostic tests ·Proof tests
Cyclic loading
5.2 动力性能的一般特点 5.2.3 强度退化与刚度退化
基本现象：
• 基本特点：混凝土 > 钢，脆性破坏情形 > 延性破坏情形
5.2 动力性能的一般特点 5.2.4 裂面效应与包兴格效应
基本现象： 裂面传压效应（朱伯龙，1980）
• 机理与特征：
骨料咬合作用使得裂缝闭合之前已可承受较大的压力；
P P 1 y Py Py
动力特性试验
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。
式中：周期 T 2。
对上式两边取对数：
ln
xn xn1
ηω式T (5-16)
η 1 ln xn 式(5-17)
2π xn1
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 η 。 式(5-17)中
又称l为n x对n 数衰减率 ：
xn1
λ ηT ln xn xn1
3 结构动力特性的试验测定
2.统计法
由于弹性体受随机因素影响而产生的振动必 定是自由振动和强迫振动的叠加，具有随机 性的强迫振动在任意选择的多数时刻的平均 值为零，因而利用统计法可得到建筑物自由 振动的衰减曲线。
具体作法：
在脉动记录曲线上任意取y1，y2，…yn，当 yi为正值时记为正，且以后的曲线不变号； 当yi为负值时变为正，且yi以后的曲线全部 变号。在y轴上排齐起点，绘出yi曲线后， 用这些曲线的平均值画出另外一条曲线（见 图5-14（b）），这条曲线便是建筑物自由 振动的衰减曲线，利用它便可求得基本频率 和阻尼。
[注册结构专业基础]结构动力特性试验讲义_secret
![[注册结构专业基础]结构动力特性试验讲义_secret](https://img.taocdn.com/s3/m/6123b7c8650e52ea5418983c.png)
第五节结构动力试验一、结构动力特性试验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、阻尼系数和振型等一些基本参数，也称动力特性参数或振动模态参数。
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法和强迫振动法。
（一）人工激振法测量结构动力特性1．结构自振频率测量(1)自由振动法在试验中采用初位移或初速度的突卸或突加荷载的方法，使结构受一冲击荷载作用而产生有阻尼的自由振动。
通过测量仪器的记录，可以得到结构的有阻尼自由振动曲线(图18—5—1)。
根据记录纸带速度或时间坐标，量取振动波形的周期，由此求得结构的自振频率f=1/T。
为精确起见，可多取几个波形，以求得其平均值。
(2)强迫振动法强迫振动法也称共振法。
采用偏心激振器对结构施加周期性的简谐振动，在模型试验时可采用电磁激振器激振，使结构和模型产生强迫振动。
，利用激振器可以连续改变激振频率的特点，当干扰力的频率与结构自振频率相等时，结构产生共振，振幅出现极大值，这时激振器的频率即是结构的自振频率。
对于多自由度体系结构具有连续分布的质量系统，当激振器连续改变激振频率，由共振曲线(图18—5—2)的振幅最大值(峰点)对应的频率，即可相应得到结构的第一频率(基频)和其他高阶频率。
2．结构阻尼的测量(1)自由振动法利用自由振动法实测的振动曲线图形(图18—5—3)所得的振幅变化确定阻尼比。
在上式中1lnnnxx又称为对数衰减率。
令上式中n为衰减系数。
所以，结构的阻尼系数在整个衰减过程中，不同的波段可以求得不同的n值。
所以在实际工作中经常取振动图中K个整周期进行计算(图18—5—1)，以求得平均衰减系数。
式中K——计算所取的振动波数；x n，x n+K—K个整周期波的最初波和最终波的振幅值。
由于试验实测得到的有阻尼自由振动记录波形图一般没有零线，如图18—5—4所示。
所以在测量结构阻尼时可采用波形的峰到峰的幅值，则对数衰减率λ为，阻尼比式中x n—第n个波的峰峰值；x n+K—为第n十K个波的峰峰值。
第5章-结构动力试验4ppt课件(全)
脉动法
脉动法
脉动法
5.2.3.2 统计法 5.2.3.3 频谱分析法 5.2.3.4 功率谱分析法
5.3 结构动力反应试验
1 动应变的测定 2 结构动位移的测定 3 动力系数的测定
动应变的测定
结构动位移的测定
结构动位移的测定
动力系数的测定
动力系数的测定
5.4 结构疲劳试验
1 疲劳试验的目的及内容 2 疲劳试验的分类与特征 3 疲劳试验的具体方法 4 疲劳试验的安装
疲劳试验的分类与特征
金属材料的疲劳有以下特征 ①交变荷载作用下，构件的交变应力远低于材料静力强 度条件下有可能发生的疲劳破坏 ②单调静载实验中表现为脆性或塑性的材料 ③疲劳破坏具有显著的局部特征 ④疲劳破坏是一个累积损伤的过程，要经历足够多次导 致损伤的交变应力才会发生疲劳破坏
疲劳试验的具体方法
结构风工程研究思路
风洞试验的理论基础
风洞试验的理论基础是相似准则。在模型与实物几何外 形相似的基础上，风洞试验的对数衰减数、弹性数、密 度 比数、重力数数应与实际情形相同，才能满足一定条 件下试验模型的响应与实际结构的响应相同或成比例。
风洞试验的理论基础
建筑结构风洞试验的主要试验方法包括静力和动力风压 试验，高频动态天平试验和气动弹性模型试验。 静力和动力风压试验由于刚性模型简单，技术成熟而被 广泛应用。
第5章 结构动力试验
第5章 结构动力试验
1 概述 2 结构动力特性试验 3 结构动力反应试验 4 结构疲劳试验 5 风洞试验
5.1 概述
1 基本特点 2 结构动力荷载的类型 3 结构动力试验的内容
基本特点
分析结构在动荷载作用下的变形和内力是一个十分复杂的问 题，它不仅与动力荷载的性质、数量、大小、作用方式、变 化规律以及结构本身的动力特性有关，还与结构的组成形式、 材料性质以及细部构造等密切相关。
结构动力特性测试(精)
同济大学建筑工程系
结构损伤识别
基于固有频率变化的损伤识别方法
优 点
测试时，固有频率容易获得且测试的精度比较高。
缺点
其一 固有频率对结构早期损伤有时并不十分敏感，往往只能 发现破损，而无法确定破损的位置。
其二 当损伤位置在结构的低应力区域时，利用固有频率的变化 将无法进行损伤识别
同济大学建筑工程系
同济大学建筑工程系
工程实例
测试结果
同济大学建筑工程系
工程实例
测试结果
同济大学建筑工程系
工程实例
频率实测值与理论值的比较
结论：理论计算频率基本小于实测频率，即 说明现在结构的实际刚度满足设计要求，刚 度退化效应比较微弱。
同济大学建筑工程系
工程实例
振型实测值与理论值的比较
结论：相对固有频率而言，结构实测振型 与计算结果的差别比较大，且高阶振型大 于低阶振型，这也是由于结构振型识别误 差及测试过程中一些不可避免的因素所引 起的。
基于固有频率变化
基于振型变化
基于柔度变化
同济大学建筑工程系
结构损伤识别
基于固有频率变化的损伤识别方法
第一步 根据理论模型， 先假设结构可能 有一组损伤位置 的方案，并计算 每个理论方案所 对应的任意二个 频率改变量之比 第二步 计算实验测量的 任意二个频率改 变量之比 第三步 将上述理论比值 与实验比值进行 比较，找出与实 测最为接近的理 论值，则该值对 应的损伤方案即 为实际结构的损 伤状态，于是获 得了结构的损伤 位置
同济大学建筑工程系
工程实例
工程概况
某办公楼建于1997年，建筑面积10 700m2，结构形式为 地下2层和地上13层的钢筋混凝土框架一剪力墙结构，采 用钢筋混凝土桩基础。
实 验 报 告五-结构动力特性测定
实验报告
课程名称：《结构试验与检测加固》实验名称：试验五结构动力特性测定院（系）：土木工程学院
专业班级：
姓名：
学号：
指导教师：
年月日
《建筑结构试验》实验报告
课程名称：《建筑结构试验》
实验项目名称：试验五结构动力特性测定实验类型：验证性学生姓名：专业：班级：
同组学生姓名：
指导教师：
实验地点：模拟结构实验室实验日期：年月日一、实验目的和要求
二、实验内容
三、仪器名称及主要规格（包括量程、分度值、精度等）、材料
四、实验步骤
五、实验结果及分析
六、讨论
1．试对两种方法求得的阻尼比进行比较分析。
七、结论
八、教师评语和成绩
教师签名：
年月日。
结构动力特性试验分析PPT课件
Q Cx F Cxm a SQa Cx — —压电系数 SQ — —电荷灵敏系数
蚀性物质大量泄露或者其他严重次生灾害的建设工程，包 括水库大坝、堤防和贮油、贮气、贮存易燃易爆、剧毒或 者强腐蚀性物质的设施以及其他可能发生严重次生灾害的 建设工程 • 受地震破坏后可能引发放射性污染的核电站和核设施建设 工程
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现代结构试验方法
1.1动载试验研究内容
4.结构疲劳试验
一平面内同时振动产生干扰。
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§1结构动载试验概述
初速度加载法（突加荷载法）
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§1结构动载试验概述
反冲激振法（火箭激振）
• 一般装在建筑物顶部；质心的轴线上；
• 进行扭振试验；
• 多振型测量（布置多个）
• 反冲力：0.1～0.8kN，1～8kN 共8种；
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现代结构试验方法
第五章 结构动力特性试验
• §1结构动载试验概述 • §2人工激振法测量结构动力特性 • §3环境随机振动法测量结构动力特性
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现代结构试验方法
动载试验
• 通过试验的方法对结构振动进行分析研究。
➢振动问题
研究手段
⒈理论分析 ⒉实验研究
内容
⑴为抗震设计提供依据 ⑵生产中产生的振动对厂房结构的影响 ⑶高层、高耸结构的风振问题 ⑷防震、隔震、消震措施的研究 ⑸抗爆
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§1结构动载试验概述
现代结构试验方法
结构疲劳试验
➢ 疲劳试验荷载速度
▪ 荷载频率影响材料的塑性变形和徐变，频率过高对 试验设施有影响
▪ 使构件在试验时实际工作时受力状态一致，
▪ 构件与荷载架不能发生共振
结构动力特性实验ppt课件
▪ 低频扫频信号发生器、激振器 ▪ 加速度计、电荷放大器、数据采集器 ▪ 计算机、打印机
➢ 实验装置
▪ 实验模型——有机玻璃和配重铁块制成的双层刚架，并沿 刚架的竖直杆水平布置4个加速度计。
平面两层刚架结构动力特性实验
➢ 实验步骤
一．总体操作步骤
① 依此打开低频扫频信号发生器、电荷放大器、打 印机、计算机的电源。
平面两层刚架结构动力特性实验
➢ 实验结果处理
① 认真记录好所提供的结构参数，及实验中观测到的 现象；并运用所学的知识作出适当的解释。
② 确定共振频率和振型，根据提供的结构参数进行振型计算，并与 实验结果对比，找出误差分析原因。
③ 绘制出实验装置图，解释各设备在本实验中的作用。
④ 对本实验有何要求、建议、看法在报告中指出。
1 2 y1max
y 2max
O
1 1 2
i
1
2i
(2
1)
2
频率
平面两层刚架结构动力特性实验
▪ 由4个水平布置在刚架竖杆上的加速度计，来测量频率和加速度，并 通过对加速度积分后得到刚架结构的位移。
▪ 用激振器对刚架结构施加频率变化的激振力，使结构产生振动，通 过测量结构的频率和位移做出幅频曲线，并得出结构振动的波形图。
Y12 Y22
k11
k12
m122
平面两层刚架结构动力特性实验
▪ 两层刚架振型
第一振型
方法有自由振动法和强迫振 动法。 ▪ 结构在共振情况下，阻尼的影响不能忽略；常用测定结构 阻尼比的方法有自由振动衰减法和半功率法。
y
振幅
y1m ax
② 点击计算机桌面上的刚架动力特性实验图标进入该实验系统。
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Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture ◆结构动力特性◆结构动力反应◆结构承载力◆结构疲劳工程结构动载试验第五章Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture5.1 概述1.结构动载试验:通过动力加载设备直接对结构施加动力荷载，可以了解结构的动力特性，研究结构在一定动荷载下的动力反应，评估结构在动荷载作用下的承载力及疲劳寿命等特性。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture2.结构动载试验与静载试验的区别：①在动载试验中，施加在结构上的荷载随时间连续变化；②结构在动载试验作用下的反应与结构自身的动力特性密切相关；③在动力条件下，结构的承载能力和使用性能的要求发生变化；④冲击和爆炸作用下，结构在很短的时间内达到其极限承载力。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture3.土木工程中需要研究和解决的动力问题包括以下几个方面：（1）实测工程结构物在实际动荷载下的振动反应（振幅、频率、加速度、动反应等）。
①动力机械作用下的厂房振动；②在车辆移动荷载作用下的桥梁振动；③地震作用时对工程结构所产生的振动反应；Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture④高层建筑或高耸构筑物所引起的风振反应；⑤大雨对斜拉桥的斜拉索产生的雨振对索塔的振动反应。
⑥爆破产生的瞬时冲击荷载对结构引起的振动影响。
(2) 采用各种类型激振手段，对原型结构或模型结构进行动力特性试验；测定工程结构的自振频率、阻尼系数和振型。
①测定结构的自振周期；确定地震力的大小。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture②通过结构动力性能试验，了解结构的自振频率，可以避免和防止动荷载作用所产生的干扰力与结构发生共振。
③通过实测结构的自身动力特性的变化来识别结构损伤程度，为结构的可靠度“诊断”提供依据。
（3）工程结构或构件（桥梁等）的疲劳试验。
研究和实测移动荷载及重复荷载作用下的结构疲劳强度。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture5.2 结构动力特性试验结构动力特性结构的动力特性包括结构的自振频率、阻尼、振型等固有参数；与结构的形式、刚度、质量分布、材料特性及构造连接等因素，而与外载无关。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture结构的固有频率及振型等动力特性参数的获取：（1）动力学原理计算；经过简化计算所得，误差大；（2）试验确定；在实际结构上进行多次反复试验，可获得可靠试验结果。
试验方法：激振方法；主要有人工激励法和环境随机振动激振法。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture5.2.1 人工激振法1.自由振动法在试验中采用初位移法或初速度的突卸或突加荷载的方法，使结构受一冲击荷载作用而产生自由振动；通过记录仪器记下有衰减的自由振动曲线，由此求出结构的基本频率和阻尼系数。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture1.钢索2.花兰螺栓3.力传感器4.保护钢索5.被测结构6. 拾振器B．初速度法a．小火箭法b．行车刹车法c．机动车刹车与跳车法d．锤击法C．正弦激振法A．初位移法Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture（1）自振频率的测定有阻尼的结构自由振动图1f TSouthwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture （2）结构阻尼特性测定1T n n a ea γ-+=ln n n ka T a λγ+==11ln n n a k a λ+=平均2D λπ=阻尼特性用对数衰减率或阻尼比来表示：对数衰减率为：在实际工程测量中，常采用平均对数衰减率，在实测振动图中量取k 个波，其平均值为：阻尼比：Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture2.强迫振动法（共振法）利用专门的激振器，对结构施加简谐动荷载，使结构产生稳态的简谐强迫振动，借助对结构受迫振动的测定，求得结构动力特性的基本参数。
（1）激振器的安装：①应将激振器牢固的安装在结构的上、下让其跳动，否则影响试验结果；Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture②激振器的激振方向和安装位置要根据所测试结构的情况和试验目的而定；③激振器的安装位置选所测量的各个振型曲线都不是节点的地方。
（2）结构固有频率的测定利用激振器可以连续改变激振频率的特点，是结构第一共振，第二共振…，当结构产生的共振时振幅出现最大值，记录下波形图，在图上可以找到最大振幅对应的频率，即结构的第一自振频率。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and ArchitectureSouthwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture （3）由共振曲线确定结构阻尼系数和阻尼比采用半功率法由共振曲线图求得结构的阻尼系数与阻尼比。
21ωωω∆=-2122ωωωβ-∆==D βω=半功率点带宽为：阻尼系数：阻尼比：共振曲线Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture （4）结构振型测量Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture3.脉动法（1）脉动：建筑物由于受外界环境干扰而经常处于微小而不规则的振动中，其振幅一般在0.01mm以下，这种环境随机振动称为脉动。
从脉动信号中可识别出结构物的固有频率、阻尼比、振型等多种模态参数。
（2）脉动法优点：不需要专门的激振设备，而且不受结构形式和大小的限制，实用于各种结构。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture（3）测量脉动信号仪器要求：要使用低噪声、高灵敏度的拾振器和放大器，并应配有记录仪器和信号分析仪。
（4）测量的记录波形图分析方法：主谐量法频谱分析法功率谱分析法统计法Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and ArchitectureA 主谐量法建筑物的固有频率的谐量是脉动信号中最主要的成份，在实测脉动波形记录上可直接反映出来。
凡是振幅大，“拍”现象尤为明显，其波形光滑处的频率总是多次重复出现。
如果建筑物各部位在同一频率的相位和振幅符合振型规律，就可以确定该频率就是建筑物的固有频率。
基频出现的机会最多，比较容易确定。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and ArchitectureSouthwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and ArchitectureB 频谱分析法一般工程结构的脉动记录波形应看成是各种频率的谐量的合成的结果，而建筑物固有频率的谐量和脉动源卓越频率处的谐量为其主要成分。
应用富里哀级数积分方法将脉动信号分解并作出其频谱图，在频谱图上建筑物固有频率处和脉动源的振动频率处必然出现突出的峰，一般基频处更为突出，第二、第三频率处有时也较明显。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and ArchitectureSouthwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and ArchitectureC 功率谱分析法如果建（构）筑物的脉动是一种平稳的各态历经的随机过程，且结构各阶阻尼比很小，各阶固有频率相隔较远。
则可以利用脉动振幅谱确定建（构）筑物的固有频率和振型，并用各峰值处的半功率带宽确定阻尼比。
Southwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and ArchitectureSouthwest University Of Science And Technology School of Civil Engneering and Architecture5.3 结构动力反应试验分析问题：通过结构振动实测，用直接量测得到动力反应参数来分析研究结构是否安全和最大的主震源位置。