第六章 结构动力试验
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。
结构动力反应的试验测定方法
二、疲劳试验荷载
（一）疲劳试验荷载取值： 疲劳试验的上限荷载Qmax是根据构件在最大标准 荷载最不利组合下产生的弯矩计算而得，荷载下限 根据疲劳试验设备的要求而定。
（二）疲劳试验荷载速度 荷载频率不应使构件和荷载架发生共振，同时 应使构件在试验时与实际工作时的受力状态一致， 为此荷载频率与构件固有频率应满足一定条件：
（3）疲劳试验：首先调整最大、最小荷载，待稳定 后开始记数，直到需做静载试验的次数。在运行 过程中，需要做动态挠度与动应变测量。 （4）破坏试验：构件在达到要求的疲劳次数后，一 般需做破坏试验。这时加载情况有两种：第一种 加载情况是继续做疲劳试验直至破坏，构件出现 疲劳极限标志，得出疲劳荷载的极限次数，这需 要很长时间，甚至构件不能破坏；第二种是做静 载破坏试验，得到疲劳后的承载力极混凝土构件 的疲劳性能的研究比较重视？ 9.疲劳试验时，如何确定试验荷载取值、荷载速度 及作用次数？ 10.通常情况，疲劳试验的过程是怎样的？
0.5或1.3
（三）疲劳试验的控制次数 中级工作制吊车梁：200万次疲劳 高级工作制吊车梁：400万次疲劳
三、疲劳试验的步骤
疲劳试验的加载程序可归纳为两种：一种是 为了求得疲劳极限而对构件从头到尾施加重复 荷载；另一种是静荷载与疲劳荷载交替施加。 疲劳试验过程中要进行四种形式的试验 （ 1）预加载：预加载值为最大荷载的 20%，以消 除支座等连接件之间的不良接触，检查仪器工 作是否正常。 （2）静载试验：静载试验的最大荷载按正常使用 的最不利组合选取。试验方法按结构静载试验 各章介绍的方法进行，观测项目可适当简化。 在正常情况下，如果出现裂缝，应与静载试验 一样描述裂缝开裂情况。
（一）疲劳试验前预加静载试验
（二）正式疲劳试验 （三）破坏试验
第六章 结构动载试验
某结构在受动力荷载 作用后，测得振动记录曲 线如下图所示，试根据图 示振动曲线所标明的数据， 计算该结构的自振频率和 阻尼比。
自振频率： f 1 =1/0.2=5(Hz)
T
阻尼比： 1 ln xn =1/(3*π)*ln(25/19)=0.291 k xnk
或： 1 ln xn 2k xnk
2、共振法
它利用一个频率可调的激振机（一般采用离心激振
器）对结构施加周期性的简谐振动，使结构产生强迫
振动，记录各个激振频率及对应振幅，并作A〜ω曲线。
利用干扰力频率与结构自振率相等时，结构产生共
振的原则,曲线极值对应的频率就是结构的固有频率；
结构的阻尼比： ω1 ω2 ω3
A 2
0.707 A1max A1maxA2max
3、疲劳试验目的：研究结构的结构性能及其变化规律， 确定疲劳极限（疲劳破坏时的强度值）和疲劳寿命 （荷载重复作用的次数）。
4、疲劳试验分类：等幅等频疲劳、变幅变频疲劳和随机 疲劳。
结构疲劳试验的方法
1．自由振动法
• 自振频率和阻力比：采用初位移或初速度的突卸荷载 或突加荷载的方法，使结构产生自由振动，并记录振 动波形。自振频率和阻尼比确定方法如下。
自振频率： f 1 T
阻尼比： 1 ln xn k xnk
当只或取两：个 相邻1的l峰n 值xn计算： 或 12lnk xn xnk
2 xn1
6.4 结构动力反应试验
• 动态参数：在测试部位布置适当的测振仪器，测定结 构的振幅、频率（频率谱）、速度、加速度、动应变、 动挠度等。
动应变和动挠度的测 定：如下图，可通过布置 动态应变仪或位移传感器 测出应变时程曲线或位移 时程曲线。
• 振型：结构按其固有频率振动时，由惯性力引起的弹 性变形曲线，属于结构的动力特性，与外荷载无关。
第七讲 结构动力试验
6.2 结构动力荷载特性试验（续）
2、振源动力特性测试 直接测定法； 间接测定法。
各种振源的振动记录图
工程实例
钢筋砼框架简图
实测框架振动记录图
6.3结构动力特性试验
6.3.1 概述 结构动力特性，也称为动力特性参数，或振动模态 参数。它包括：自振频率、阻尼系数、振型等基本参 数。这些特性参数只与其自身的刚度、质量等相关， 与外界动力荷载无关。 结构的动力特性参数可通过动力学理论进行计算， 但计算简图与实际结构的偏差会导致很大的计算误差。 其中阻尼系数这一参数只能通过试验测得。 结构动力特性的试验（测试）方法： （1）人工激振法：包括自由振动法、强迫振动法； （2）环境随机振动法。
二、结构疲劳试验的方法
1、疲劳试验荷载
荷载取值：上限值根据构件在荷载标准值 最不利组合下产生的弯距计算求得；下限值 根据疲劳试验机的设备性能而定。 2、频率选择：依据疲劳试验机的性能而定。 疲劳机的频率 0 .8 1 .3 通常为： 构件固有频率 控制次数： n 2 106 次； 中级工作制吊车梁： n 4 106 次。 重级工作制吊车梁：
1、钢筋及砼应力随荷载重复次数的变化； 2、开裂荷载及开裂情况； 3、裂缝的宽度、长度、间距及其随荷载重复 次数的变化； 4、最大挠度及其变化规律； 5、疲劳破坏荷载及承受疲劳荷载的重复次数 （疲劳寿命）； 6、疲劳破坏特征。
检验疲劳试验的内容
通常是在重复荷载标准值作用下， 在规定的荷载重复次数内，对下列内容 进行检验： 1、抗裂性及其开裂荷载； 2、裂缝宽度及其发展； 3、最大挠度及变化幅度； 4、疲劳极限强度；
有阻尼自由振动的运动方程：
第六章 结构动力试验
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（3）结构疲劳试验的观测设计 ① 梁式试件：正截面和斜截面的疲劳强度、抗裂性、 挠度；② 屋架：杆件内力、抗裂性、屋架挠度、节点疲
劳性能；③ 预应力构件：预应力锚具和受预应力影响部 位的疲劳性能。
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第六章
结构动力试验
结构动力试验
1、概述
（1）结构动力荷载的类型
建筑物承受的动力荷载主要有：地震作用；机械设备 振动和冲击荷载；高层建筑和高耸结构物的风振；环境 振动；爆炸振动。 （2）结构试验的内容 结构动力试验的内容包括：测定动力荷载或振源特性 （作用力大小、方向、频率等）；测定结构动力特性（ 自振频率、阻尼、振型）；测定结构在动力作用下的反 应（位移、速度、加速度、动应力等）。
yd ys
yd ——构件最大动挠度；
ys
——构件最大静挠度；
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5、结构疲劳试验
（1）结构疲劳试验的内容 ① 测定结构构件的开裂荷载；
② 测量裂缝宽度、间距、分布形态以及随荷载重复次 数的变化情况；
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（3）结构动力系数测量 对于承受动荷载作用的结构，如交通工程中的桥梁， 工业建筑中的吊车梁等，需要确定其动力系数，用以判 定结构的工作情况。 动力系数：动挠度与静挠度的比值。
结构动力学实验分析
结构动力学实验分析实验一 结构振动测试系统及基本参数的测量一、 实验目的与要求1、了解结构振动测试系统的基本组成、仪器设备的基本原理和操作方法。
2、学习简谐振动中的频率和幅值（位移、速度、加速度）的测量方法。
二、 实验原理1、结构振动测试系统一般由激振系统、传感器及放大系统、数据采集与处理三部分组成。
2、对于简谐振动： 位移 t A x ωsin =速度 )2/sin(πωω+=t A x加速度 )sin(2πωω+=t A x（1）信号发生器：用来发生正弦信号，其频率和电压幅值可调。
（2）功率放大器：将来自信号发生器的电压信号进行功率放大输出，用以推动振动台工作。
（3）电磁式振动台：振动台的台面可以按照信号发生器输出的信号的频率和幅值振动。
（4）加速度传感器：将被测系统的机械振动量（加速度）转换成电量。
（5）速度传感器：将被测系统的机械振动量（速度）转换成电量。
（6）位移传感器：将被测系统的机械振动量（位移）转换成电量。
（7）电荷放大器：将加速度传感器输出的较小的电荷信号放大成可供检测的电压信号。
（8）测振放大器：将速度型测振传感器输出的较小的电流信号放大成可供检测的电压信号。
（9）位移放大器：将位移型测振传感器输出的较小的电流信号放大成可供检测的电压信号。
（10）数据采集与分析系统：记录和分析结构振动的各个参数。
四、实验步骤1、按图所示连接实验仪器设备，并仔细检查确认无误。
2、依此打开信号发生器、功率放大器，预热5分钟。
然后打开各放大器、数据采集与分析系统。
3、将信号发生器置于正弦信号输出，输出频率为10Hz。
4、缓慢调节信号发生器的电压，使振动台产生振动，在数据采集与分析系统中的示波器上观察到一个较稳定的正弦波形。
5、记录各仪器的指示值。
6、根据各仪器的标定系数，确定振动台的振动（加速度、速度、位移）幅值。
7、改变振动频率（10-100Hz），每隔10Hz，重复4、5、6项的内容。
8、将各仪器设备的输出旋扭恢复到零，依此关闭信号发生器、功率放大器、各个传感器放大器的开关，并关闭数据采集与分析系统。
结构动力实验报告
结构动力实验报告结构动力实验报告一、引言结构动力学是研究结构在外力作用下的振动特性和响应规律的学科。
通过实验研究结构的动力响应，可以了解结构的固有频率、振型、阻尼特性等重要参数，为结构设计和抗震设计提供依据。
本实验旨在通过一系列测试，探索结构的动力响应特性。
二、实验目的1. 测定结构的固有频率和振型。
2. 分析结构在不同外力激励下的动力响应特性。
3. 探究结构的阻尼特性。
三、实验装置与方法1. 实验装置：使用一台振动台和一根悬臂梁作为实验结构。
2. 实验方法：a. 测定固有频率和振型：在不同频率下，通过改变振动台的频率控制结构的激励频率，使用加速度传感器测定结构的振动响应，并记录下振动台的频率。
b. 测定动力响应特性：通过改变振动台的振幅，分析结构在不同外力激励下的振动响应，并记录下响应的幅值和相位。
c. 测定阻尼特性：在结构上添加不同阻尼装置，测定结构在不同阻尼条件下的振动响应，并记录下响应的幅值和相位。
四、实验结果与分析1. 测定固有频率和振型：根据实验数据，绘制结构的频率-振型曲线，确定结构的固有频率和振型。
分析不同频率下的振动响应，可以推测结构的模态分布情况。
2. 分析动力响应特性：对于不同外力激励下的振动响应，绘制振动幅值和相位的频率响应曲线，分析结构的频率响应特性，如共振频率、共振幅值等。
通过对比不同外力激励下的响应曲线，可以研究结构的非线性特性和耦合效应。
3. 探究阻尼特性：通过添加不同阻尼装置，测定结构在不同阻尼条件下的振动响应。
分析阻尼对结构响应的影响，可以评估结构的耗能能力和抗震性能。
五、实验结论1. 结构的固有频率和振型是结构动力学研究的重要参数，通过实验测定可以了解结构的模态分布情况。
2. 结构的动力响应特性与外力激励频率和振幅密切相关，通过分析响应曲线可以评估结构的共振情况和非线性特性。
3. 阻尼对结构的动力响应有重要影响，适当的阻尼装置可以提高结构的耗能能力和抗震性能。
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。
建筑结构试验资料
建筑结构试验02448自考点整理知识第一章结构试验概论1、结构试验的任务建筑结构试验的任务就是在结构物或试验对象（实物或模型）上，以仪器设备为工具，利用各种实验技术为手段，在荷载（重力、机械扰动力、地震力、风力······）或其它因素（温度、变形沉降······）作用下，通过测试与结构工作性能有关的各种参数（变形、绕度、位移、应变、振幅、频率······），从强度（稳定）、刚度、抗裂性以及结构的破坏形态等各个方面来判断结构的实际工作性能，估计结构的承载能力，确定结构对使用要求的符合程度，并用以检验和发展结构的计算理论。
有建筑结构试验的任务可知，建筑结构试验是以实验方式测试有关数据，反应结构或构件的工作性能，承载能力以及相应的可靠度，为结构的安全使用和设计理论的建立提供重要依据。
2结构试验的目的（A 生产性试验 B 科研性试验）A生产性试验一般用于解决一下问题：（1）综合鉴定重要工程和建筑物的设计与施工质量。
（2）鉴定预制构件的产品质量。
（3）已建结构可靠性检验，推断和估计结构的剩余寿命。
（4）工程改建或加固，通过实验判断具体结构的实际承载能力。
（5）处理受灾结构或工程质量事故，通过试验鉴定提供技术依据。
B科研性试验（1）验证结构计算理论的假定；（2）为制定设计规范提供依据；（3）为发展和推广新结构、新材料和新工艺提供实践经验。
2、结构试验的分类A按试验对象的尺寸分类（1）原型试验：原型试验的对象是实际结构（实物）或者是实际的结构构件。
（2）模型试验：模型是仿照原型（真实结构）并按照一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部分特征，但大部分结构模型是尺寸比原型小得多的缩尺结构。
（a）相似模型试验：按照相似理论进行模型设计、制作与试验。
建筑结构试验习题集
建筑结构试验习题集第一章结构试验概论1. 建筑结构试验根据不同要素有多种分类方法，下列哪种试验是按荷载性质分类等？（）A.结构模型试验B.结构静力试验C.短期荷载试验D.现场结构试验2. 对于一些比较重要的结构与工程，在实际结构建成后，要通过，综合鉴定其质量的可靠程度。
（）A.验算B.试验C.研究D.观测3. 科研性的试件设计应包括试件形状的设计、尺寸和数量的确定以及构造措施的考虑，同时必须满足结构和受力的的要求。
（）A.边界条件B.平衡条件C.支承条件D.协调条件4. 对于一些比较重要的结构与工程，在实际结构建成后，要通过，综合鉴定其质量的可靠程度。
（）A.验算B.试验C.研究D.观测5. 在结构工程学科中，人们需要正确认识结构的性能和不断深化这种认识，_ 是一种已被实践所证明了的行之有效的方法。
6. 按试验对象的尺寸，建筑结构试验可分为试验和试验。
7. 科研性试验8. 建筑结构试验的任务是什么？9. 生产鉴定性试验一般常用来解决哪些问题？第二章结构试验的加载设备和试验装置1. 大型结构试验机的精度不应低于（）A.1级B.2级C.3级D.4级2. 螺旋千斤顶加载属于（）A．机械力加载B．重力加载C．液压加载D．杠杆加载3. 电液伺服阀根据输入电流等极性控制液压油的流向，根据输入电流的大小控制液压油等。
4. 为提高液压加载器的加载精度，应优先采用荷载传感器量测荷载值，选择荷载传感器的精度不应低于级。
5. 用垂直落重冲击加载时，为防止重物回弹再次撞击和结构局部受损，需在落点处铺设mm的砂垫层。
6. 在采用散粒状材料对板进行均布加载试验时，应注意防止材料_现象导致受力不明确。
7. 在杠杆重力加载试验中，杠杆比例不宜大于。
8. 在采用粘土砖对板进行均布加载试验时，应注意防止砖现象导致受力不明确。
9. 几何对中10. 对油罐、水箱等特种结构，为什么说水是最为理想的加载材料？11. 直接用重物对结构进行加载的优缺点是什么？第三章结构试验的数据采集和测量仪器1. 用应变计测量试件应变时，为了得到准确的应变测量结果，应该使应变计与被测物体变形（）A.不一致B.不相仿C.相仿D.一致2. 手持应变仪的标距为250mm，位移计用千分表，其量测应变的精度为（）A．0.01 B．0.001 C．4.0⨯10-5D．4.0⨯10-63. 钢筋混凝土试验梁的粗骨料粒径为10~30mm，用电阻应变计量测梁表面应变，问选用多大标距的应变计？（）A．10mm B．30mm C．100mm D．150mm4. 千分表的刻度值为（）A．0.01cm B．0.001cm C．0.01mm D．0.001mm5. 在电阻应变测量中，温度补偿应变计的电阻值R2和工作应变计的电阻值R1应该（）A．R2 < R1B．R2≈R1C．R2 > R1D．没有要求6. 电阻应变计所测量是其标距内的（）A．绝对变形B．真实变形C．真实应变D．平均应变7. 百分表应变装置的标距为200mm，位移计用千分表，其量测应变的精度为（）A．0.01 B．0.001 C．5.0⨯10-5D．5.0⨯10-68. 常用电阻应变计的电阻值为（）A．60ΩB．120ΩC．100MΩD．200 MΩ9. 在结构静力试验中，要求数据采集系统具有足够数量的传感器、采集通道和储存能力，当测点较多时还需要有较快的。
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
(结构试验)第六章结构动力试验
2020/10/23
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6.3 疲劳试验
根据结构疲劳试验的目的可以将试验分为研究性试验和检验性试验。
1. 研究性试验
3. 疲劳破坏具有显著的局部特征，疲劳裂纹扩展和破坏过程发生在局部区域。
4. 疲劳破坏是一个累计损伤的过程，要精力足够多次导致损伤的交变应力才 会发生疲劳破坏。
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11Leabharlann 6.3 疲劳试验2020/10/23
12
6.3 疲劳试验
一、结构疲劳试验的目的
结构疲劳试验的直接目的是确定结构的疲劳极限，为了获得结构的疲劳极 限，必须对结构施加重复荷载，并测定结构达到疲劳破坏时的荷载循环次数。
1940年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美元，建造了一座主跨 度853.4米的悬索桥。建成4个月后，于同年11月7日碰到了一场风速为19 米 /秒的风。虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接 近9米），直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断导致桥面钢梁折断而 塌毁， 坠落到峡谷之中。
第六章 结构动力试验
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6.1 概述
在工程结构所受的荷载中，除了静荷载外，往往还会受到动荷载（动力作 用）的作用。 动荷载：大小、位置和方向随时间变化的荷载。从动态角度来讲，静荷载 只是动荷载的一种特殊形式。 动力作用的主要特点：作用及作用效应随时间发生变化。因此考虑动力荷 载作用下结构的性能，不仅考虑荷载作用的大小和位置，还应考虑荷载作用 的时间及结构响应随时间变化的关系。
第6章 工程结构动力试验
特点：灵敏度高、性能稳定、输 出阻抗低、频率响应范围有一定 宽度，能够线性地感应振动速度。
6.2 结构动力试验的量测仪器
2.压电式加速度传感器
正压电效应：某些晶体介质沿一定方 向受到外力作用时，不仅产生变形，而且 内部产生极化，同时在两个相对的表面形 成电场，当外力去除后，介质又恢复不带 电状态。
压电式传感器就 是利用压电晶体材料 的压电效应制成。具 有以下特点：
动态范围大、频率范 围宽、重量轻、体积 小。
6.3 结构动力特性测试试验
结构的动力特性包括：自振周期、自振频率、振型、阻尼 等。它们都是结构自身固有振动参数，取决于结构在组成形式、 质量及刚度分布、构造及连接方式等。
动力特性 试验方法
迫振法 脉动法
自由振动法 共振法
迫振法：对被测结构施加外界激励，强迫结构振动，根据结构 的响应获得结构的特性。
脉动法：利用地脉动对建筑物引起的振动过程进行记录分析得 到动力特性的方法。
6.3 结构动力特性测试试验 1.自由振动法
常用的自由振动方法有：突加荷载法和突卸荷载法。
突卸荷载法 突加荷载法
6.3 结构动力特性测试试验
xm Aent sin t
2
X0
n
sin t
1
n
2
2
2
n
2
上式中的第1项为微分方程的通
解，也就是自由振动解，会随着时
间的增长而衰减，当阻尼较大时，
振幅的衰减很快直至消失为止，因
第6章 工程结构动力试验
各种类型的结构在服役期内，除承受静力荷载外，还经 手各种动力作用，动力作用的主要特点是作用及作用效应随 时间发生变化，因此考虑动力荷载作用下结构的性质，不仅 考虑荷载作用的大小和位置，还应考虑荷载作用的时间及结 构响应随时间变化的关系。若要了解结构在整个服役期内的 工作状态，有必要了解结构在运动荷载作用下的工作性能。
第六章--结构拟静力与拟动力试验
变幅等幅混合加载
将变幅、等幅两种加载制度结合起来运用，可以综合地研究构件的性能，其中包 括等幅加载法的强度和刚度变化，以及变幅加载时，特别是大变形增长情况下强 度和耗能能力的变化，采用这种加载制度时，等幅部分的循环次数应随研究对象 和要求的不同而异，一般可选3～6次。
肖维纳（Chauvenet）准则
二、拟动力试验
4. 试验数据的整理与分析 试验误差及误差分析
被量测的物理量的真实值 与量测值之间的偏差称为 误差，误差是必然存在的
过失误差
粗心大意、操作不当或思想不集中所 造成的，是可以避免的
误差的类型 系统误差 （性质划分）
随机误差
误差分析
仪器的缺陷、外界因素的影响或观测 者感觉器官的不完善等固定原因引起 的，难以消除其全部影响，服从一定 的规律、符号相同，对量测结果有积 累影响的误差。
♦ 加载反力装置：包括竖向反力装置和水平向反力装置， 如反力 墙、反力台座、专用的水平反力架、钢结构竖向反力架等；
♦ 拟静力试验加载装置的设计应根据不同结构或试件研究的目的， 提供与实际结构受力情况尽可能一致的模拟边界条件，即尽可 能使试件满足试验的支承方式和受力条件的要求。
加载装置类型
①.以剪切变形为主的构件 试件上下对称，推拉千斤顶或作动器安装在试件的1/2高度上，
二、拟动力试验
4. 试验数据的整理与分析
人工记录或计算 机采集的试验数 据
整理换算、统计 分析、归纳演绎
原始数据
不能直接说明试验的结果 或解答试验所提出的问题
反映结构性能 的数据、公式、图表等
数据处理
如测量应变来计算出结构的应力（或内力）分布； 由结构的加速度数据积分计算出其速度、位移等
第六章 工程结构试验
1、结构的动力反应一般由多个振源所产生，因此要找出对结构振 动起主导作用，即危害最大的主振源并量测其特性。 2、判断主振源的方法 （1）逐台开动法：逐台开动厂房内的动力设备，并实测结构在每 个振源作用下动力反应，从中找出最大的主振源，此法影响生产。
（2）实测波形识别法：此法是根据不同的振源会引起结构不同的 强迫振动，用这一特点对实测波形进行主振源的判别方法。 典型波形图见下图，其中：
②频谱分析法 ：
a、记录的振动曲线（波形）图(a)是各种频率谐量的合成结果，通过付里叶变换， 可以得到曲线所含谐量的频率成份，如图：(b)（频谱分析有专门的软件）。 b、频谱图上的各峰值对应的频率不一定都是建筑物的自振频率，其判别方法是， 各测点的频谱分析都有某频率的峰值，且幅值和相位符合振型规律，则该峰值 （频率）即为建筑物的自振频率。 ③功率（振幅谱）分析法 ：
3、比较测定法：用已知作用效应测定未知作用，具体是： 启动振源，测取承力结构的动力反应，即：用激振器对结构激振，并调节作用
力的大小和频率，使结构动力反应与振源作用相一致。由于激振器的作用力和频 率是已知的，故振源的作用也就成为已知。该法常用于作简谐振动的振源荷载参 数的测定。
三、动载试验的加载与结构动力特性参数的测试方法
（2）结构动力反应与结构自身的动力特性（结构固有参数）密切 相关。 4、动荷载试验测试内容： （1）动荷载的特性：包括作用的大小、方向、频率及作用规律， 是结构动力分析和隔振设计的基本参数。 （2）结构的动力特性：包括结构的自振频率、阻尼比、振型等参 数。它由结构的形式、刚度、质量分布、材料特性及构造连接等因 素所决定，与外荷无关；是进行抗震计算、解决结构共振、诊断结 构累积损伤的基本依据。 （3）结构动力反应：包括测点处的振幅、频率、速度、加速度、 动变形…等。
6工程结构动力试验
科研性试验：1.各阶段截面的应力分布状况，中和轴变化规律；
2.抗裂性及开裂荷载； 3.裂缝宽度、长度、间距及其发展；
4.最大挠度及其变化规律；
5.疲劳强度的确定； 6.破坏特征分析
疲劳试验荷载
1.疲劳试验荷载取值
2.疲劳试验荷载速度
原则：不发生共振、与实际工作情况接近。 要求：
0.5或 1.3 －构件固有频率；－荷载频率。
2.电荷放大器（只适用于输出为电荷 的传感器）
U0是电荷放大器输出电压：
由于电荷放大器的输出电压与连 接它的电缆电容无关，故电缆的传 输距离可达百米，有利于远距离测
试。
U 0 AU i A
q Ci
式中
A、Ci 定值。则U 0 Kq，式中K为放大系数。
3.动态电阻应变仪：除了测动应变外，通过标定，可现场知位移、荷载、转角数值和 及变化过程。
4.2 结构自振特性的测定
结构自振特性包括（1）自振频率；（2）阻尼；（3）振型
结构自振特性的测定
（1）自由振动法：a.初速度法（突然加载法）
b.初位移法（突然卸载法） （2）共振法
（3）脉动法
共振时的振动图形和共振曲线
垂直自由落体突然加载法
水平撞击式突然加载法
重锤敲击法
张拉释放式突然卸载法
疲劳：处于一种多次反复加载和卸载的受 力状态使结构物或构件的破坏应力下降。
疲劳试验目的：了解在多次反复性荷载作
用下的疲劳性能或状态以及变化规律，以 确定其疲劳极限（疲劳极限荷载、疲劳强 度）。
疲劳试验项目
2.裂缝宽度及其发展； 3.最大挠度及其变化幅度； 4.疲劳强度及其疲劳寿命。
建筑结构试验第6章结构动载试验资料
二、测定方法 自由振动法、共振动法、脉动法 1．自由振动法 自振频率和阻力比：采用初位移或初速度的突卸荷载或突加 荷载的方法，使结构产生自由振动，并记录振动波形。自振 频率和阻力比确定方法如下。
1 自振频率： f T xn 1 阻尼比： ln k xn k xn 1 或： ln 2k xn 2 k
类似的微幅振动，称之为建筑物的脉动反应。通 过量测仪器可以测得脉动反应的波形，波形中近 似“拍”振的区段的振动频率就是结构的自磁电式速度传感器见第3章内容
五、记录仪
一）数据采集仪 A/D转换器：核心是多路电子开关、A/D转换器和采 样保持器。（模拟量转换为数字量） 计算机：数据采集与分析软件（控制数据采集） 二）磁带记录仪 类似于录音机。
炸药量和离距爆心的距离：按要求模拟的地震烈
度，考虑实际场地条件的特点，由要求的地面质 点运动的最大速度，确定炸药量和爆心至试验结 构的距离。一般来说，要使人工爆炸接近于天然 地震波，要求炸药量大，试验对象离爆心距离远。
3、人激振加载
利用人在结构物上的有规律的活动，即人的身体
作与结构自振周期同步的前后运动，使其产生足 够大的惯性力，对结构激振加载。适合于自振频 率比较低的大型结构。例如：利用这种方法曾在 一座15层的钢筋混凝土建筑上取得了振动记录。
3）破坏试验阶段 在试验加载次数达到要求后，采用静载或疲劳试验的方 法，进行试件破坏试验。
三、观测设计 按荷载作用下的最不利组合确定试件主要受力部位和内力控 制截面。 梁式试件：主要检测其正截面和斜截面的疲劳强度、抗裂性 和挠度。 屋架疲劳试验：主要量测其杆件内力、抗裂性和屋架挠度、 承受悬挂吊车作用的节点和支座节点的疲劳性能。 预应力构件：量测预应力锚具和受预应力作用影响的受力部 位的疲劳性能。 四、安全装置 疲劳试验是较长时间的动态试验（如中级吊车梁2E6，按 500次/min计算需70h），试验过程中振动较大，因此应设置 专门的安全保护措施。
动力试验
(3) 强度 (4) 刚度 (5) 延性
有明显屈服点构件的屈服荷载 无明显屈服点构件的屈服荷载
延性系数： u y
(6) 耗能
等效粘滞阻尼系数：
he
1
2
S ABC S OBD
功比指数：
I
s w
Qi i Qy y
Qi 、 i — 第 i 次循环
时卸载点的荷载和位
移。
2、优缺点：可缓慢再现地震反应，观察 破坏全过程，可做大模型试验。其缺点是 不能再现真实的地震反应，只适用离散质 量分布的结构，设备精度要求高。
联机试验 计算机加载流程框图
三、模拟地震振动台试验
加载设备：振动台； 控制方式：模拟控制与数字控制； 加载程序：一次加载和多次加载； 优点：很好地反应应变速率对结构材料 强度的影响。 缺点：设备昂贵，不能做大比模型试验， 不便于试验全过程观测。
2、保持平稳。疲劳试验的支座应是可调 的，并使之保持水平；千斤顶与试件之间、 支座与支墩之间、构件与支座之间都要严 格找平，用砂浆作找平层时不宜过厚。
3、安全防护措施。必须设置安全支架、 支墩等防护措施。
第6章 建筑结构动力试验
1、振源动力特性检测
1）主振源探测 逐台开动法 波形分析法
2）振源动力特性测试 直接测定法； 间接测定法。
各种振源的振动记录图
二、结构动力特性检测
动力特性测定
结构动力特性：自振频率、振型和阻尼系数 1、自由振动法（撞击荷载法）
拾振器
放大器
撞击
位移传感器
结
桥
构
盒
物
动态电阻 应变仪
(a)墙片试验装置
(b)梁式构件试验装置
(c)梁柱节点试验装置
结构动力反应试验解决的问题
结构动力反应试验解决的问题1. 引言结构动力反应试验，即通过对结构物施加外部载荷或激励，测量结构物的动力反应，从而评估结构的动力性能和安全性。
它是结构工程中的重要分析手段，用于验证设计、改进结构和预防灾害。
本文将介绍结构动力反应试验的目的、步骤和应用，并着重讨论它解决的问题。
2. 结构动力反应试验的目的结构动力反应试验的目的在于获取结构物在不同工况下的动力响应数据，从而评估结构物的振动特性、耐震能力和结构健康状态，解决以下问题：2.1 结构物的振动特性分析结构物在受到外界激励时会发生振动，振动特性是结构物的重要属性。
通过结构动力反应试验可以获取结构物的频率响应函数、模态参数等振动特征数据，从而了解结构物的固有频率、阻尼比、振型等信息。
这些数据有助于工程师理解结构物的动力行为，从而进行结构优化和改进。
2.2 结构物的耐震能力评估结构物的耐震能力是指结构物在地震等外界激励下的抗震性能。
通过模拟地震波加载等动力试验，可以获取结构物在地震作用下的反应信息，如加速度响应、位移响应等。
通过分析这些数据，可以评估结构物在不同地震强度下的抗震能力，指导结构物的抗震设计。
2.3 结构物的健康状态监测结构物在使用过程中会受到各种因素的影响，如材料老化、破损等。
通过结构动力反应试验可以对结构物进行健康状态监测。
例如，利用结构反应数据可以检测结构物是否存在裂缝、松动、变形等问题，判断结构物的安全性和可靠性。
3. 结构动力反应试验的步骤结构动力反应试验一般包括以下几个步骤：3.1 实验准备在进行试验之前，需要对试验对象进行检查和准备工作。
首先，确定试验对象的几何形状、材料参数等基本信息，并选择适当的试验方法和设备。
然后，进行结构物的测量和标定，包括安装加速度计、位移计等传感器，并校准传感器的灵敏度和精度。
3.2 实施试验激励根据试验的目的和要求，选择适当的激励方式，如施加静载荷、冲击载荷或模拟地震波加载。
在进行试验激励时，需要保证载荷的准确度和均匀性，并避免对结构物造成不可修复的损伤。
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结构动力试验
振型：通过在结构的不同高度布臵传感器，根据传感 器测得的同一时刻不同高度处的振幅来确定结构振型。
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结构动力试验
② 强迫振动
自振频率：当结构产生共振时，振幅出现最大值，此时激振频率 即为结构自振频率。 利用激振器可以连续改变激振频率的特点，可求得多自由度体系 的自振频率。
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结构动力试验
在测试时，通过测振传感器测量地面自由场的脉动源 x(t)和结构反应的脉动信号y(t)的记录，将符合平稳随机过 程的样本经专用信号处理机（频谱分析仪或微机），使 用具有传递函数的分析程序进行计算处理，即可得到结 构的动力特性（频率、振幅、相位等）。
H (i )
1 1 2i 0 0
2
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结构动力试验 4、结构动力反应试验
（1）结构动态参数测量
结构动力反应试验测量的参数包括：振幅、频率、速度、加速度 、动应变等。
在测试时，需根据结构情况和试验目的布臵适当的仪器，包括位 移传感器、速度传感器、加速度传感器、电阻应变计等，并记录振 动波形。 （2）结构振动形态测量 结构振动形态以振动变形图表示。通过记录仪器将测点的振动波 形 记录下来，根据相位关系确定变形的正负号，再根据振幅大小按 一定比例绘制在图上，最后将其连接构成结构在动荷载作用下的振 动变形图。
比较测定法：比较振源的承载结构在已知动荷载作用 下的振动情况和待测振源作用下的振动情况，比较得出 荷载特性数据。
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结构动力试验 3、结构动力特性试验
（1）结构动力特性试验内容 试验测定内容包括：自振频率、 阻尼系数、振型等参数。可采用人工 激振法和环境随机振动法。 （2）人工激振法
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结构动力试验 2、结构动力荷载特性试验
（1）结构动力荷载试验测定内容
试验测定内容包括：作用力的大小、作用力的方向、作用力的频
率、作用规律等。 （2）主振源探测 主振源可通过试验方法探测：当有多台振动机械设备时，可逐个 开动，通过观察每个振源影响下的振动情况找出主振源。 通过分析实测振动波形，按照不同振源引起不同强迫振动的特点 ，间接判定振源性质，以此作为主振源探测的依据。
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（3）环境随机振动法
建筑物的脉动源与地面脉动、风或气压变化有关，尤其受车辆、 机器设备等扰动和附近地壳内部小裂缝及远地震影响显著，其脉动 周期为0.1~2.0s。
假设脉动源的振动过程为X(w)，结构本身称为系统H(iw)，当脉 动源作用于系统后，结构在外部激励下将产生建筑脉动响应Y(w)。
yd ys
yd ——构件最大动挠度；
ys
——构件最大静挠度；
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5、结构疲劳试验
（1）结构疲劳试验的内容 ① 测定结构构件的开裂荷载；
② 测量裂缝宽度、间距、分布形态以及随荷载重复次 数的变化情况；
③ 测量结构构件的挠度及变化规律；
④ 测定破坏荷载、疲劳寿命和破坏特征。
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（2）结构疲劳试验加载设计 ① 试验荷载取值 疲劳试验荷载为重复荷载，荷载上限是按试件在荷载 标准值的最不利组合产生的效应值计算得到的，荷载下 限不应小于液压脉动加载器最大动荷载的3%。 ② 试验荷载频率 试验荷载的频率即单位时间内荷载重复次数，一般要 求不大于 10Hz。为避免共振，加载频率应小于试件和加 载装臵自振频率的80%或大于自振频率的130%。
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（3）结构动力荷载特性试验方法
直接测定法：通过测定动荷载本身的参数来确定其性 质。
间接测定法：将动力机器安装在专用弹性结构上，下 部为刚性支座，通过测试机器静止和工作两种状态下， 弹性结构的动力特性，间接得出机器造成的振动荷载特 性。
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（3）结构动力系数测量 对于承受动荷载作用的结构，如交通工程中的桥梁， 工业建筑中的吊车梁等，需要确定其动力系数，用以判 定结构的工作情况。 动力系数：动挠度与静挠度的比值。
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（3）结构疲劳试验的观测设计 ① 梁式试件：正截面和斜截面的疲劳强度、抗裂性、 挠度；② 屋架：杆件内力、抗裂性、屋架挠度、节点疲
劳性能；③ 预应力构件：预应力锚具和受预应力影响部 位的疲劳性能。
① 自由振动
自振频率：通过突然加载或卸载 的方法，使结构受冲击荷载作用而产 生自由振动。通过测取周期，求得自 振频率f=1/T。
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结构阻尼： 2
xn 2 ( ln ) K xn K
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③ 试验加载程序
疲劳试验加载程序包括静载试验、疲劳试验和破坏阶 段。
静载阶段：疲劳试验前，做两至三次加、卸载循环静 载试验，每级荷载值取最大荷载的20%，分五级加载。
疲劳试验：疲劳试验时，荷载加至最小荷载值，调节 频率，再加至最大荷载值，反复调节使荷载保持稳定。 破坏阶段：重复荷载达到预定次数后，采用静载或疲 劳荷载进行试件破坏试验。
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第六章
结构动力试验
结构动力试验
1、概述
（1）结构动力荷载的类型
建筑物承受的动力荷载主要有：地震动。 （2）结构试验的内容 结构动力试验的内容包括：测定动力荷载或振源特性 （作用力大小、方向、频率等）；测定结构动力特性（ 自振频率、阻尼、振型）；测定结构在动力作用下的反 应（位移、速度、加速度、动应力等）。
试件发生疲劳破坏后，应记录重复荷载作用次数、试
件破坏特征及荷载值，如钢筋发生疲劳断裂，应对试件 破型观测钢筋断裂情况。
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（4）结构疲劳试验的安全措施 ① 疲劳试验时，试件安装就位应严格找平，支座边 界条件应与计算简图一致，支座应具有防滑、防脱落的 功能；
②疲劳试验时，试件应设臵侧向支撑，防止试验过程 中试件因振动发生侧移或倾覆；
③ 疲劳试验的荷载支承设备及试验台座的构件和连 接应具有足够刚度且均应进行疲劳强度验算； ④ 注意使用疲劳试验机的自动停机装臵，保证试件 破坏后自动停机。
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1
1 2 2 1 2 4 2
结构阻尼：
2
振型：通过在结构的不同高度布臵传感器，根据传感 器测得的同一时刻不同高度处的振幅来确定结构振型。强 迫振动法可测得结构的各阶振型，当测量高阶结构振型时 ，应布臵足够多的传感器。