第七章 结构动力特性试验byLWS(ok)
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
桥梁设计中的结构动力特性研究
桥梁设计中的结构动力特性研究桥梁作为连接城市交通的重要媒介，其设计与建设对整个城市的交通流畅性与经济发展有着重要的影响。
在桥梁设计中，结构动力特性研究是其中十分重要的一部分。
在结构动力特性研究中，桥梁的稳定性、可靠性以及安全性都需要考虑进去。
一、结构动力特性分析在桥梁结构动力特性分析中，对于桥面板的动态响应进行评估非常重要。
在正常的车辆行驶过程中，通过对道路质量、车辆速度以及车辆类型等方面进行综合分析，可以得出桥梁结构在不同的动态载荷下的响应特性。
二、模型试验在桥梁结构动力特性研究中，模型试验是一种较为常用的方法。
通过在实验室中制作出桥梁模型，并且进行相应的动态荷载测试，可以有效的评估出桥梁结构的稳定性与可靠性。
三、有限元分析有限元分析是一种结构测试中常用的方法，同样也可以在桥梁设计中应用。
有限元分析软件可以模拟不同动态载荷下桥梁结构的响应，评估桥梁的稳定性、可靠性以及安全性。
通过对桥梁的有限元模型进行建立和分析，可以有效的避免试验过程中可能出现的人为差错，减少了人力成本，提高了实验的效率。
四、优化设计在桥梁结构的设计过程中，如何进行优化设计是其重要的一环。
结构动力特性的研究，可以为优化桥梁的结构提供有效的数据支持。
通过对不同的桥梁结构数据进行分析，可以了解到他们的不同响应特点，从而进行相应的设计调整，以达到更为稳定、可靠、安全的效果。
结构动力特性研究在桥梁设计中具有不可替代的地位。
通过对不同桥梁结构进行细致的研究分析，对桥梁结构的稳定性、可靠性、安全性进行全面评估，进而为桥梁的优化设计提供有效的数据支持。
相信随着技术的不断发展完善，桥梁结构的设计也会愈加完善，服务于我们日益发展的交通和城市建设。
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。
结构动力特性分析-文档资料
加 荷 时 梁 的 力 —— 变 形 曲 线基本重合，滞回环基本
呈稳定的梭形，刚度与强
度退化均较小。而在钢筋
屈服以后，由于钢筋的包
兴格效应、混凝土裂缝的
开张与闭合、钢筋与混凝
土之间粘结力的破坏，滞
回曲线将出现“捏拢”现
象，同时，刚度退化现象
亦渐趋明显。
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1、受弯构件
剪力的存在不利于受弯构件良好地发挥抗震性能。图 （a）剪力相对较小，滞回曲线基本呈“梭形”，图（b） 剪力较大，滞回环呈现显著的“捏拢”现象，耗能能力 明显降低。
结构试验主要类型有：自振特性试验、周期 性反复静力加载试验、振动台试验和拟动力 试验。
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2
第一节 结构抗震试验方法简介（续一）
一、自振特性试验 二、周期性反复静力加载试验 三、振动台试验 四、拟动力试验
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3
一、自振特性试验
自振特性试验以获取或确定结构的 自振周期、振型和阻尼为目的。
脉动法：是通过测量建筑物的脉动反应波形来确 定建筑物的动力特性。
脉动信号的功率谱峰值对应着结构的固有频率。
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12
二、周期性反复静力加载试验
拟静力试验：周期性加载是指按一定的力或位移 周期性地反复或重复加载。
拟静力试验始于50年代后期、为确定构件和结构 的恢复力模型进行的。根据试验所得的荷载位移 关系曲线反映结构耗能能力的强弱，观察并研究 结构破坏机理。
22
四、拟动力试验
地震模拟振动台试验由于台面尺寸和承载能力的限制，只能 进行小比例模型的试验，且彼此配重不足，不能很好满足相 似条件，特别是进入弹塑性阶段工作时，更不可能满足相似 条件，导致地震作用破坏形态失真；拟静力试验只能得到构 件或结构在反复荷载作用下的恢复力滞回特性，不能得到结 构地震反应全过程；而拟动力试验则是加载试验技术与计算 机技术相结合的当代先进的抗震试验方法，可以进行大比例 模型或足尺结构抗震试验，可慢速再现结构在地震作用下的 弹性一弹塑性一倒塌全过程反应，这是具有广泛发展前途的 抗震试验方法。
结构动力特性测试方法及原理
结构动力特性的测试方法及应用(讲稿)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：[][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎭⎬⎫⎩⎨⎧ 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；{})(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵；{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵；{})(t y为速度响应的n 维随机过程列阵；{})(t y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ξ，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，进而提出修复方案，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。
结构动力特性
二、共振法
图5-15 共振法测量建筑物的振型
三、脉动法
脉动法通常用于测量整体建筑物的动力特性，通过测量建 筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小振动，即“脉动” 来确定建筑物的动力特性。脉动信号极其微弱，一般只有 几微米到几百微米。
（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。
⑥求结构的固有频率、阻尼系数和相位
最大振幅对应的频率f是卓越频率，也就是结构的固有频 率。
图5-19
振幅谱示意图
图5-20
相位谱示意图
阻尼系数（阻尼比）的求法：类似共振法。
• 注意：结构固有频率基频与谐量分析中的 基频相区别
结构固有频率基频是结构作自由振动时的 k 1 是结 频率， ，谐量分析中的基频 m 构作复杂周期振动的最低频率 1 2 。
三、脉动法
3．频谱分析法
假设脉动信号是一个复杂的周期信号。通过谐量分析，将脉
动信号分解成若干个单一频率正弦规律的简谐分量。
（1）理论基础
谐量分析的理论基础是傅立叶级数的原理。任意一个圆频 2 率为 （周期为 T ）的周期性函数都可以分解为包括 许多正弦和余弦函数的级数，它们的圆频率各 为 、2 、 3 、…等，即
（5-26）
第
k个谐量的初相角（相位角）。
k arctan
ak bk
Yk sin(kt k )
――第k 次谐量
特点： k 次谐量固有频率是一次谐量固有频率的 k 倍。
（2）计算方法
【精品】结构动力特性分析
自振衰减曲线上两个相邻波峰之间即等于结 构自振周期。
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动力特性测定
1、自由振动法
拾振器 放大器 位移传感器 Evaluation only. 撞击 物结 盒桥 with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 动态电阻 光线 构 应变仪Pty Ltd. 示波器 Copyright 2004-2011 Aspose
eated
5.2.0
自由振动衰减量测系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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有阻尼自由振动的运动方程：
x(t ) xm e t sin(t )
时 间自 历由 Evaluation only. 程振 eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 曲动 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 线
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自振特性试验以获取或确定结构的 自振周期、振型和阻尼为目的。
动力特性测定
1、自由振动法
自由振动法利用阻尼振动衰减原理求取自振 特性。
该法借助一定的张拉释放装置或反冲激振器 Evaluation only. 使结构在一定的初位移（或初速度）状态下 eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 开始自由衰减振动，通过记录振动衰减曲线， Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 便可利用动力学理论求出自振周期。
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3、脉动法
脉动：由于人为活动和自然环境的影响，建筑物 在一般情况下都经常产生微幅振动（振动以微米 Evaluation only. 计）。这种微幅振动称之为建筑物的脉动。 eated with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0 脉动法：是通过测量建筑物的脉动反应波形来确 Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 定建筑物的动力特性。 脉动信号的功率谱峰值对应着结构的固有频率。
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。
“结构动力特性测量实验”辅导资料
结构动力特性测量实验辅导资料主题：结构动力特性测量实验的辅导资料学习时间：201年36月24日－7月21日内容：这周我们将学习结构动力特性测量实验的相关内容。
一、学习要求学习要求及需要掌握的重点内容如下：1、掌握实验的目的；2、掌握实验主要的仪器和设备；3、掌握实验的整个实验步骤；4、掌握实验数据的处理方法。
二、主要内容结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能，主要包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等，这些参数与外荷载无关。
测量结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抵御其它动荷载的性能和能力时，都必须要进行结构动力特性试验。
通过结构动力特性的测量，能够得到结构的自振频率，可以避免和防止动荷载所产生的干扰与结构共同作用产生的共振现象。
此外，受损开裂结构的刚度减小，导致结构自振周期变长，阻尼变大，因此结构动力特性试验可以为检测、诊断结构的损伤积累提供可靠的资料和数据。
本次实验的题目为《结构动力特性测量实验》。
(一)本次试验的目的1、了解动力参数的测量原理；2、掌握传感器、仪器及使用方法；3、通过振动衰减波形求出简支梁的固有频率和阻尼比；(二)本次试验使用的仪器、设备及试验构件本次实验需要用到的仪器和设备主要包括三个：1振动传感器，也叫拾振器，主要是用来将振动信号转换成电荷信号输出；优点是体积小、重量轻、对被测物体影响小，频率范围宽、动态范围大，主要参数如表所示，我们在振动传感器的选择上最关心的指标是灵敏度、频率范围和量程。
2、与之配套的电荷适配器，主要作用是将压电传感器的电荷信号转换成电压信号；3东华动态信号测试分析仪，主要用来采集振动传感器输出的电信号，并将其转换成数字量传递给计算机。
除了上述传感器和数据采集设备，试验中还用到了用于数据记录的笔记本电脑、锤子和木制简支梁，其参数如下表所示：截面高度(mm)截面宽度(mm)长度(mm)跨度(mm弹性模量(GPa)重量(kg)自振频率理论值(Hz)61185203518501012.734.35(三)试验原理1、阻尼比和固有频率的计算方法究竟如何来确定体系的阻尼比和固有频率呢？同学们看下面公式：f=f1-C2d这里0为阻尼比，和分别为有阻尼和无阻尼振动频率。
结构动力特性测试
7.1 概述 1.动力特性参数（或模态参数）
自振频率（周期）、阻尼参数、振型 是结构固有特性与外荷载无关 2.要求：动力试验的基本内容
结构动力计算和试验所必需的基本参数 3.作用：（1）抗震设计中
地震作用力大小—结构自振周期 动力计算模型——结构动力特性 （2）防共振、隔振、减振 （3）检测、诊断结构健康状态
共振时
12 2
p=ql
3 psinθ t
3
TR=fmpax
2 1
f2
0
ξ =0
ξ =1/5 ξ =1/4
ql/2 8
l/4
l/2
l/4
e
ql/2
m k
fmax
12 2
3 β =θ /ω
一、自由振动法确定阻尼
单自由度运动方程
或
——（1） ——（2）
xn
tn
K周
xn+k
t
实际测试（无零线）
3 β =θ /ω psinθ t
μ (θ ) 1
xn+1
xn
xn+2 xn+k
λ
=2
1 k
ln
xxnn+k
p
p
7.2.3 振型测量 百分表
c
ql/2
拉 介绍：l/4 主要l/2 方法l/4 、振型的概念
m
1
0.5
ql/2
1 0.3
单自由度
模态分析软件
振型一 两自由度 振型二
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
结构动力特性试验
第七章结构动力特性试验7.1概述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。
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。
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，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抗御其它动荷载的性能和能力时，都必须要进行结构动力特性试验，了解结构的自振特性。
1．在结构抗震设计中，为了确定地震作用的大小，必须了解各类结构的自振周期。
同样，对于已建建筑的震后加固修复，也需了解结构的动力特性，建立结构的动力计算模型，才能进行地震反应分析。
2测量结构动力特性，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与结构产生共振或拍振现象。
在设计中可以便结构避开干扰源的影响，同样也可以设法防止结构自身动力特性对于仪器设备的工作产生干扰的影响，可以帮助寻找采取相应的措施进行防震，隔震或消震。
3．结构动力特性试验可以为检测、诊断结构的损伤积累提供可靠的资料和数据。
由于结构受动力作用，特别是地震作用后，结构受损开裂使结构刚度发生变化，刚度的减弱使结构自振周期变长，阻尼变大。
由此，可以从结构自身固有特性的变化来识别结构物的损伤程度，为结构的可靠度诊断和剩余寿命的估计提供依据。
建筑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，经简化计算得出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，建筑结构动力特性试验就成为动力试验中的一个极为重要的组成部分，而引起人们的关注和重视。
结构动力特性试验是以研究结构自振特性为主，由于它可以在小振幅试验下求得，不会使结构出现过大的振动和损坏，因此经常可以在现场进行结构的实物试验，正如本章所介绍的试验实例。
当然随着对结构动力反应研究的需要，目前较多的结构动力试验，特别是研究地震，风震反应的抗震动力试验，也可以通过试验室内的模型试验来测量它的动力特性。
第7章 工程结构动力试验
CD-7型（水平）、701 型（竖向）
CD-7型（水平）
891- 4（水平、竖向）
891- 4（水平、竖向）
891- 2（水平、竖向）
2、压电式加速度传感器
它是以惯性式拾振器力学模型为基础，以 压电晶体的压电效应为换能原理的压电式拾振器。 所谓“压电效应”是指压电晶体在受到机械 作用力时而发生变形，其表面产生电荷。 所受 到的机械作用力越大，则产生的电荷越多，而当 作用力去掉后，晶体又回到原来不带电的状态。
3、动态电阻应变仪
动态电阻应变仪主要用来测量数值或方向 随时间而变化的应变，即动应变。由于动态应变 仪是用桥盒的形式引接应变式传感器的电阻应变 片来组成惠斯顿电桥（其原理与静态电阻应变仪 一样），所以，它的前端传感器，一定要为应变 式的传感器。
DHF-4(四合一放大器)
DH5937／5938放大器
电磁式振动台
三、液压振动台
液压振动台主要用于模拟地震波振动台试 验。模拟地震振动台主要有单向、双向及三向运 动方式。在各种结构模型动力试验中，模拟地震 振动台是最理想的结构抗震试验设备。由于其在 结构模型试验中，可以直接测区结构模型在地震 波作用下的加速度、速度、位移及应变反应，因 此更接近实际。
1、从事抗震理论分析及试验研究，为地震设防和抗震设
提供依据，提高各类工程结构的抗震能力。 2、设计和建筑工业厂房是需要考虑生产过程中产生的振 对厂房结构和构件的影响。 3、高层结构与高耸构筑物设计是需要解决风荷载所应起 振动问题。 4、桥梁设计与建设中需要考虑车辆动荷载对桥梁的振动 危害问题。 5、海洋采油平台设计中需要解决海浪的冲击等不利因素 响问题。 6、研究结构的抗爆问题。
一、动荷载特性的测试
结构动力试验大纲
结构动力试验组合深梁低周反复荷载试验试验大纲学院（系）：土木工程与建筑学院专业班级：土木研1503班学生姓名：学号：指导教师：王雪亮实验目的：组合深梁作为一种新型的耗能构件，可以实现宽范围的刚度渐变调幅。
通过两片跨高比分别为 2. 0 和 1. 0 的组合深梁低周反复荷载试验，研究其破坏过程和破坏机理，得到深梁的滞回曲线、承载力及承载力退化系数、延性系数和能量耗散系数。
通过试验研究，考察结构的破坏模式，通过荷载-位移滞回曲线及各特征点参数，分析试件的耗能机理。
试件模型的设计及制作：组合深梁由钢板单侧覆预制钢筋混凝土板构成，钢板与混凝土板用 M20 高强螺栓相连。
试验设计制作 2 个试件，编号为 CDB-A 和 CDB-B，图 1、 2 分别为CDB-A、 CDB-B 的基本参数。
设计钢板尺寸分别为 450mm×900mm 和 900mm×900mm，厚度为4mm，预制混凝土板尺寸分别为 450mm×720mm 和900mm×720mm，厚度均为 60mm。
试件 CDB-A 的跨高比为 2.0，试件 CDB-B 的跨高比为1.0( 注: 深梁沿竖向的尺寸为跨度，沿水平方向的尺寸为高度) 。
试件的安装与就位：钢板-混凝土组合深梁的组装和试验试件见图 3。
将试件固定于底梁，底梁通过地锚栓与地梁固定( 图 4) 。
为了保证水平力施加在深梁平面内，应设置作动器连接件平面外支撑，具体做法是: 在作动器连接件两侧分别安装刚度足够大的钢梁，并在钢梁上安装滑轮。
在作动器连接件两侧焊接小钢板形成滑轮的轨道，保证侧向荷载作用在深梁平面内。
由MTS 作动器施加反复水平荷载，最大可加荷 500kN。
作动器一端与反力墙铰接，另一端通过连接件与作动器连接件螺栓相连( 图 4) 。
试验布置 2 个量程 5cm 的位移计，在试件顶部布置了位移计 1，底部布置了位移计 2。
考虑到底梁在加载过程中会有移动，布置了百分表 1( 图 4a) 。
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x = Ae−ξϖt sin(ϖ 't + α )
自由振动法
xn = Ae −ξϖtn
xn+1 = Ae −ξϖtn+1
mx'' + cx' + kx = 0
x = Ae−ξϖt sin(ϖ 't + α )
xn xn+1
=
Ae −ξωt n Ae −ξωt n+1
有阻尼自由振动
0.025000 0.020000 0.015000 0.010000 0.005000 0.000000 -0.005000 0 -0.010000 -0.015000 -0.020000 -0.025000
5
10
0.015000
0.010000
0.005000
0.000000
2
3
结构 设计
隔振 减震
检测
计算模型 分析 评定
防止共振 改变阻尼
损伤诊断 寿命估计
结构动力特性试验
结构 动力 特性 试验 的方 法
人工激 振法
环境随 机振动
法
自由 振动法
强迫 振动法
7.2 人工激振法 结构自振频率测量
自由振动法
强迫振动法
用初位移或初 速度突加或突 卸荷载： 结构自由振动
即共振法。结构共 振，激振器的频率 即结构的自振频率：
实习报告要求三：
1、2、3、4、…… 5、若要通过现场试验了解该建筑结构动力
特性（如频率），应如何开展试验工作？ 进一步完善试验大纲草案 6、查询相关文献资料. 7、……
62
(1 −
θ2 ϖ2
)2
+
⎜⎛ 2ξ
⎝
θ ϖ
⎟⎞2 ⎠
μ(θ ) =
1
(
⎝
θ ϖ
⎞⎟2 ⎠
强迫振动法
μ(θ ) =
1
(1 −
θ2 ϖ2
)2
+
⎜⎛ 2ξ
⎝
θ ϖ
⎟⎞2 ⎠
当共振时
μ (θ
=ω)
=
1
2ξ
ξ= 1 2μ
共振曲线与半功率法
ξ = ϖ 2 − ω1 2ω
ξ= 1 2μ
安全框架
Setting of the rigid frames and the cantilevers for measurement 安装 测试用刚架和悬臂
刚架： 安放位移传感器
Preparation of transducers 数据测试准备
刚架上的位移传感器
质量块上的 加速度传感器
布置传感器
= e−ξω (tn −tn+1 )
= eξωT = e2πξ
自由振动法
xn = Ae −ξϖtn
xn+1 = Ae −ξϖtn+1
xn xn +1
=
Ae −ξωt n Ae −ξωt n+1
= e−ξω (tn −tn+1 )
= eξωT = e2πξ
ξ = 1 ln xn 2π xn+1
当采用k个周波时
x"+2ϖξx'+ϖ 2x = p sinθt / m
x = Ae−ξϖt sin(ϖ 't + α )
+ Bsin(θt + β )
B=
p sinθt / m
(1 −
θ2 ϖ2
)2
+
⎜⎛ ⎝
2ξ
θ ϖ
⎟⎞2 ⎠
强迫振动法x"+2ϖξx'+ϖ 2x = p sinθt / m
B=
p sinθt / m
振动台正弦波激励
2.50E-02 2.00E-02 1.50E-02 1.00E-02 5.00E-03 0.00E+00 -5.00E-03 0 -1.00E-02 -1.50E-02 -2.00E-02 -2.50E-02
X向台面正弦波时程曲线
10
20
30
40
seconds
g
2.50E-02 2.00E-02
22
10
20
30
40
两个频率？
0.5Hz，0.01g 22 8.5Hz，0.02g
3.00E-02
2.00E-02
1.00E-02
0.00E+00
-1.00E-02 20
21
22
23
24
-2.00E-02 -3.00E-02
时间长度 4s
1）2波 f=2/4=0.5Hz
2）34波 f=34/4=8.5Hz
结构强迫振动
激振方式
z 人工激振 z 偏心激振器 z 爆破 z 撞击 z 拉绳
自由振动法
无阻尼结构 自振频率测量
自由振动法 结构自振频率测量
有阻尼结构 自振频率测量
多取几周的平均值
质量块
振动台面
钢桥墩
Assembling the safety frame 组装 安全框架
安全框架：试验时预防试件的倒塌
高层建筑脉动测试技术仍在研究发展应用 过程中，以下几个方面需进一步研究发展：
¾包括结构竖向振动在内的三轴振动测 试分析；
¾现场测试数据的电线传输、网络传输 以及无线传输技术； ¾伺服传感器、数字传感器应用； ¾多类型传感器测试结果数据融合与结 构分析；
¾结构内置传感器进行振动测试乃至长 期健康监测。
脉 动 源 的 功 率 谱 密 度 函 数 Sx(w) 与 建 筑 物 反 应 功 率 谱 密 度 函 数 Sy(w) 之 间 存 在
着以下关系 Sy (ω) =| H (iω) |2 •Sx (ω)
H(iw)称为传递函数
H (iω) =
1
ω
2
0
⎡ ⎢1 ⎢⎣
−
⎜⎜⎛⎝
ω ω0
⎟⎟⎞⎠2
+
2iξ
ω ω0
结构动力特性与结构自身的因素有关， 与外荷载无关：结构形式、刚度、材料、 连接和构造等
自振频率
阻尼
振型
输入
系统
结
构
结构
自
高层建筑 多层单层
身 公共建筑
特
桥梁
性
塔桅 核电站
……
输出 几何尺寸 强度
弹性模量 动力特性
输入
系统
输出
结 自振频率
构
自
振型
身
特 阻尼比
性
动力特性
结构动力特性的应用
结构 动力 特性 的 应用
试验时利用激振器频率连续改变， 即进行频率扫描（正弦波扫描）
共振点
白噪声试验
白噪声试验
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
-0.02 0
50
-0.04
-0.06
-0.08
-0.1
100
150
200
Amplititude(g/g)
25 20 15 10
5 0
0
W1 W2
10
20
30
Frequecy
15497
34504050 9000
9000 7500 6750 3000
1150 28505250 5500
12000
5500 5250 2850 1150
世博中国馆
¾“东方之冠” ¾H = 68m ¾Lc = 33m ¾T1 扭转
¾ 2009年8月25日，测试准备会议 ¾ 2009年8月28日，现场准备会议及现场踏勘 ¾ 2009年8月28日~9月3日，测试准备 ¾ 2009年9月4日，现场测试 ¾ 2009年9月5日~10月15日，测试数据分析
连续激振 扫描
多阶振型（频率）
7.3 环境随机振动法
环境随机振动
结构脉动
地面脉动
风或气压变化 车辆、机器 地壳运动 地震
扰
动 微小振幅
<0.01mm 不规则振动 脉动周期为
0.1~0.8s
7.3 环境随机振动法
环境随机振动
结构脉动
环境振动频谱 很丰富
扰 动
结构固有频率 结构振型
7.3.1 模态分析法
0.5Hz，0.01g
1.50E-02
1.00E-02
5.00E-03
0.00E+00
-5.00E-03 20
21
22
23
24
-1.00E-02
-1.50E-02
-2.00E-02
-2.50E-02
质量块重心处的反应
3.00E-02 2.00E-02 1.00E-02 0.00E+00 -1.00E-02 0 -2.00E-02 -3.00E-02
第七章 结构动力特性试验
问题一
结构抗震试验方法 有几种？
1) 低周反复试验
静力试验
2) 拟动力试验 3）模拟地震振动台试验
动力试验
4）现场原型试验
问题二
结构动力试验方法 有几种？ 1) 动力特性试验 2) 动力反应试验
输入 结构 输出
7.1 概述
建筑结构动力特性：反映结构本身所固 有的动力性能
= 1 /( 2 * 22 ) = 0 .0227
ξ = ϖ2 −ω1 2ω
= (8.7 −8.4) / 2/8.5
= 0.0176
Amplititude(g/g)
25 20 15 10