结构动力特性测定 ppt课件
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结构动力特性测试
T
n周
T= t / n
二：强迫振动法
' — —
1.激振方法：可变周期（变频）振动荷载、离心电机、电磁激励荷载 （荷载幅值不变） 2.测试方法：测量记录下结振幅——频率关系 A
振幅
ω1
ω2
ω3 ω4
ω
7.2.2 结构阻尼的测量
△
阻尼来源：结构内部、外部、支座 阻尼对振动影响： 共振时 1 抗震中：大好 p=ql 隔振中：小好
4. 检测方法 自由激振法
人工激振法
强迫激振法 环境随机振动法
7.2 人工激振法测量结构动力特性 7.2.1 人工激振测量自振频率
一：自由振动法 1.激振方法：人工施加初位移、初速度、突加荷 2.测试方法：测量记录下结构振幅（加速度或速度）—— 时间关系
A
振幅（位移、速度、加速度）
t 时间
Hale Waihona Puke TTt第七章 结构动力特性试验
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
xn+2 xn+k
1 xn λ =2 ln x n+k k
1 μ (θ )
p
百分表
c
p
ql/2 ql/2
拉
介绍：主要方法、振型的概念
7.2.3 振型测量
l/4 l/2 l/4
m
1
1
0.5
0.3
单自由度
工程结构实验与检测第3章 结构动力试验
使用时要定期标定。 压电式加速度计原理
四、测振配套仪器
1、放大器 微积分放大器：与位移、速度传感器相配。 电荷放大器：与压电式拾振器相配。 2、动态电阻应变仪 主要用于测动应变，还可以测位移、速度、 加速度、振幅等参数的变化过程。 3、记录仪器
常用的有数据采集仪。
5、仪器配套
磁电式 拾振器
微积分 放大器
其特点是运动具有周期性，作用的 大小和频率按一定规律变化，使结构产 生强迫振动。
离心力加载 ：机械式激振器
机械式激振器
使一对偏心块按相反方向运转，便由离心力产 生一定方向的加振力。改变质量或调整带动偏心质 量运转的电机的转速，可调整激振力的大小。
使用时将激振器底座固定在被测结构物上， 由底座把激振力传递给结构，致使结构受到简谐变 化激励作用。
2 1 2
1 2
振型:用共振法测建筑物振型
3、脉动法
脉动法：是通过测量建筑物由于外界环境脉 动（如地面脉动、气流脉动等）而产生的微幅振 动，来确定建筑物的动力特性。
脉动记录的分析方法有：主谐量法；频谱分析法。 主谐量法：脉动信号的主要成分是基频谐量，
在脉动记录里常常出现酷似“拍”的现象，在波形 光滑之处“拍”的现象最显著，振幅最大。凡有这 种现象之处，振动周期大多相同。这一周期往往即 是结构的基本周期。
时间标志
2i c2h2i
c1, c2 正负应变的标定常数
动应变频率： f
L0 L
f0
二、动位移测定
要全面了 解结构在动力 荷载作用下的 振动状态，可 以设置多个测 点进行动态变 位测量，以作 出振动变位图。
注意：振动变位与振型的区别。
三、动力系数测定
结构动力系数定义为:在移动荷载作用下，结构 的动挠度和静挠度的比值。
结构动力学完整ppt课件
输出 （动力反应）
.
第四类问题：控制问题
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
输出 （动力反应）
控制系统 （装置、能量）
本课程主要介绍结构的反应分析
任务 讨论结构在动力荷载作用下反应的分析的方法。寻找
结构固有动力特性、动力荷载和结构反应三者间的相互关 系，即结构在动力荷载作用下的反应规律，为结构的动力 可靠性（安全、舒适）设计提供依据。
结构动力学是研究结构、动荷载、结构反应三者关 系的学科。
.
当前结构动力学的研究内容为:
第一类问题：反应分析（结构动力计算）
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
输出 （动力反应）
第二类问题：参数（或称系统）识别
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
第三类问题：荷载识别。
输出 （动力反应）
输入 （动力荷载）
结构 （系统）
11
l3 3 EI
柔度系数
m y (t)3lE3 Iy(t)P(t)
柔度法步骤： 1.在质量上沿位移正向加惯性力； 2.求外力和惯性力引起的位移； 3.令该位移等于体系位移。
.
二、刚度法
P(t)
m
1
m y(t)
y(t)
l EI
y
k11
k11y(t)
k 1y 1 (t)P (t) m y (t)
EI
m
l/2
l/2
W
m y(t)
1
11
st y(t)
Y(t)y(t)st
加速度为
Y(t) y(t)
y (t) s t 1[P 1 (t) W m y (t)]
st W11
结构动力学
结构动力特性试验
❖ 6.5.2 疲劳试验的加载设计 ❖ 2. 试验荷载频率
❖ 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：
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0.8或1.3
内容总结
结构动力特性试验。动力特性参数，振动模态参数。动挠度和静挠度的比值称为动 力系数。疲劳（定义）（P166）：。测定破坏荷载、疲劳寿命及破坏特征。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。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三种形式的试验。荷载的次数、破坏特征 和荷载值。测振传感器布置：沿结构高度或跨度方向连续布置水平和垂直测振传感器， 整体结构布置在各层楼面、屋面
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6.6 人工激振法测量结构动力特性
❖ 实际工程测量：
❖ 某疾病控制中心实验楼建于1977年，原设计为六层，实际建成七层钢筋混 凝土框架结构，基础为整体筏板基础，建筑面积约5880m2，建筑为典型的内 廊式办公楼，平面布置规则，结构纵横方向平面尺寸分别为56m，15m，建筑 高度约为24m 。
2E-12
0
Hz
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
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6.6 人工激振法测量结构动力特性
❖ 图5 Y方向各楼层与7层速度反应的互谱曲线
互谱幅值
1.2E-11
1E-11
3 # 1 2 - 7 互谱幅值( m / s * m / s )
0
-1 -0.644 -0.03 0.594 0.969 0.935 0.509
❖ 1. 测定结构动力荷载或振源的特性，即测定引起振动的 作用力的大小、方向、作用频率及其规律。
❖ 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：
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0.8或1.3
内容总结
结构动力特性试验。动力特性参数，振动模态参数。动挠度和静挠度的比值称为动 力系数。疲劳（定义）（P166）：。测定破坏荷载、疲劳寿命及破坏特征。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。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三种形式的试验。荷载的次数、破坏特征 和荷载值。测振传感器布置：沿结构高度或跨度方向连续布置水平和垂直测振传感器， 整体结构布置在各层楼面、屋面
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6.6 人工激振法测量结构动力特性
❖ 实际工程测量：
❖ 某疾病控制中心实验楼建于1977年，原设计为六层，实际建成七层钢筋混 凝土框架结构，基础为整体筏板基础，建筑面积约5880m2，建筑为典型的内 廊式办公楼，平面布置规则，结构纵横方向平面尺寸分别为56m，15m，建筑 高度约为24m 。
2E-12
0
Hz
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
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6.6 人工激振法测量结构动力特性
❖ 图5 Y方向各楼层与7层速度反应的互谱曲线
互谱幅值
1.2E-11
1E-11
3 # 1 2 - 7 互谱幅值( m / s * m / s )
0
-1 -0.644 -0.03 0.594 0.969 0.935 0.509
❖ 1. 测定结构动力荷载或振源的特性，即测定引起振动的 作用力的大小、方向、作用频率及其规律。
结构动力学课件PPT
my cy ky FP (t)
§2-5 广义单自由度体系：刚体集合
➢刚体的集合（弹性变形局限于局部弹性 元件中）
➢分布弹性（弹性变形在整个结构或某些 元件上连续形成）
➢只要可假定只有单一形式的位移，使得 结构按照单自由度体系运动，就可以按 照单自由度体系进行分析。
E2-1
x
p( x,t
)
=p
)
3
B'
M I1
E'
D'
F' G'
A
D
E
B
F
G
C
fD1
fI1
fS1
f D2
f I2
f S2
a
2a
a aa a
Z(t )
f S1
k1(EE')
3 4
k1Z (t )
f D1
d c1( dt
DD')
1 4
c1Z (t )
fS2
k1(GG')
1 3
k2
Z
(t
)
fD2 c2Z (t)
f
I1
m1
1 2
Z(t)
3. 有限单元法
—— 将有限元法的思想用于解决结构的动力计算问题。
要点：
▪ 先把结构划分成适当（任意）数量的单元；
▪ 对每个单元施行广义坐标法，通常取单元的节点位移作 为广义坐标；
▪ 对每个广义坐标取相应的位移函数 （插值函数）；
▪ 由此提供了一种有效的、标准 化的、用一系列离散坐标 表示无限自由度的结构体系。
建立体系运动方程的方法
▪ 直接平衡法，又称动静法，将动力学问题转化为任一时刻 的静力学问题：根据达朗贝尔原理，把惯性力作为附加的 虚拟力，并考虑阻尼力、弹性力和作用在结构上的外荷载， 使体系处于动力平衡条件，按照静力学中建立平衡方程的 思路，直接写出运动方程。
第12章结构动力学 ppt课件
§14-1 概 述
一、结构动力计算的特点 动力荷载作用下，结构将发生振动，各种量值均随时间而变化。
1、内容： （1）研究动力荷载作用下，结构的内力、位移等计算原理和计算方法。 求出它们的最大值并作为结构设计的依据。
（2）研究单自由度及多自由度的自由振动、强迫振动。 2、静荷载和动荷载 （1）静荷载：荷载的大小和方向不随时间变化（如梁板自重）。 （2）动荷载：荷载的大小和方向随时间变化，需要考虑惯性力。 3、特点 (1)必须考虑惯性力。 （2）内力与荷载不能构成静平衡。必须考据惯性力。依达朗伯原理， 加惯性力后，将动力问题转化为静力问题。
动力自由度的确定方法：加附加链杆约束质点位移，最少链杆数即为自 由度
图刚架上有四个集中质点，但只需要加三根链杆 便可限制全部质点的位置。如图e。
自由度=3 或
图示梁，其分布质量集度为m，可看作有无穷多 个mdx的集中质量，是无限自由度结构。
自由度的数目与结构是否静定或超静定无关
§14-2 结构振动的自由度
2、运动方程的解：
方程
y2y0
为一常系数线性齐次微分方程，其通解为
y (t) A 1 co t s A 2sitn
A1和A2为任意常数，可有初始条件来确定。
振动的初始条件为 t 0 时 y y ， 0 ， y y 0
式中y0—初位移， y0—初速度。则有Fra bibliotekA1y0，A2
y0
可得
yy0cots y0si nt
第十四章 结构动力学
§14-1 概 述 §14-2 结构振动的自由度 §14-3 单自由度结构的自由振动 §14-4 单自由度结构在简谐荷载作用下的强迫振动 §14-5 单自由度结构在任意荷载作用下的强迫振动 §14-6 多自由度结构的自由振动 §14-7 多自由度结构在简谐荷载作用下的强迫振动 §14-8 振型分解法 §14-9 无限自由度结构的振动 §14-10 计算频率的近似法
结构动力特性-文档资料
共振法是利用专门的激振器，对结构施加简 谐动荷载，使结构产生恒定的强迫简谐振动，借 助共振现象来观察结构的自振性质的试验分析方 法称为共振法。
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。
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
如图5-11，借助外力使结构产生一定的初位移，然后突然卸去荷载， 利用结构的弹性使其产生自由振动。突卸荷载不会对结构造成附 加影响，但要较大的荷载才能产生较大的振幅。
一、自由振动法
m
m
图5-10 突加荷载法
图5-11 突卸荷载法
一、自由振动法
（二）资料整理
1.基频
从实测的自由振动记录图上，如图5-12，取若干个波的总时间除以波数得 出平均数作为基本周期，其倒数即为基本频率。
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。
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。
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
从实测中得到振动记录曲线，利用傅立叶级数逼近原理， 把振动曲线按时间序列进行图数转换，得到一组数 据 f (t1 ) , f (t 2 ) … f (t m ) , 用近似积分求和的方法求出 a k 、bk 。
一、自由振动法
m
m
图5-10 突加荷载法
图5-11 突卸荷载法
一、自由振动法
（二）资料整理
1.基频
从实测的自由振动记录图上，如图5-12，取若干个波的总时间除以波数得 出平均数作为基本周期，其倒数即为基本频率。
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。
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。
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
从实测中得到振动记录曲线，利用傅立叶级数逼近原理， 把振动曲线按时间序列进行图数转换，得到一组数 据 f (t1 ) , f (t 2 ) … f (t m ) , 用近似积分求和的方法求出 a k 、bk 。
结构试验第五章 土木工程结构动载试验[可修改版ppt]
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激振器不能布置在某阶模态的节点上。
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[振动荷载法，强迫振动法]
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。
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[脉动法、环境随机振动法] 脉动法通常用于测量整体建筑物的动力特性，这种方法不用
方形平板的各阶模态及其对应的频率
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[振动荷载法]
当采用偏心式激振器时，激振 力与其频率的平方成正比。当 偏心块旋转频率逐渐增大，其 激振力也随之增加，这样就破 坏了共振所引起被测物振动幅 值增大的“纯洁”性。解决的 方法是在绘制共振曲线时将其 纵坐标更改为A/ω2
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
每个结构都有其自身的动力特性，它是结构物自身所固有 的一种属性。
它取决于结构的组成形式，如材料性质、刚度、质量大小 及其分布情况等。
它与外荷载无关，当结构确定后，其自振特性也就随之确 定下来。
结构自振特性主要包括：
自振频率；阻尼；振型
五、结构动载试验
一般通过试验测定结构的动力特性参数
自由由于振结动构法形式差异强很迫大振，动所法用的方法、仪器也不 同，因此试验结果会出现较大差异，可进行多次 反复试验人，工获激得振可法靠的试验环结境果随。机振动法
通常的做法，通过某种方法对结构激振，使结构 产生振动，依据仪器记录到的振动波形进行分析。
五、结构动载试验
共振曲线
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[振动荷载法]
带宽法、半功率法求结构的阻尼
共振曲线
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[振动荷载法，强迫振动法]
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。
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[脉动法、环境随机振动法] 脉动法通常用于测量整体建筑物的动力特性，这种方法不用
方形平板的各阶模态及其对应的频率
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[振动荷载法]
当采用偏心式激振器时，激振 力与其频率的平方成正比。当 偏心块旋转频率逐渐增大，其 激振力也随之增加，这样就破 坏了共振所引起被测物振动幅 值增大的“纯洁”性。解决的 方法是在绘制共振曲线时将其 纵坐标更改为A/ω2
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
每个结构都有其自身的动力特性，它是结构物自身所固有 的一种属性。
它取决于结构的组成形式，如材料性质、刚度、质量大小 及其分布情况等。
它与外荷载无关，当结构确定后，其自振特性也就随之确 定下来。
结构自振特性主要包括：
自振频率；阻尼；振型
五、结构动载试验
一般通过试验测定结构的动力特性参数
自由由于振结动构法形式差异强很迫大振，动所法用的方法、仪器也不 同，因此试验结果会出现较大差异，可进行多次 反复试验人，工获激得振可法靠的试验环结境果随。机振动法
通常的做法，通过某种方法对结构激振，使结构 产生振动，依据仪器记录到的振动波形进行分析。
五、结构动载试验
共振曲线
五、结构动载试验
5.3 结构动力特性的试验测定
[振动荷载法]
带宽法、半功率法求结构的阻尼
共振曲线
《结构动力学》PPT课件
重物落在结构上（突然加载和突然卸载）
④快速移动荷载——高速通过桥梁的火车、汽车
⑤随机荷载——地震的激振、风力脉动作用
荷载变化极不规律，只能用概率方法求其统计规律
a
2
周期荷载（简谐）
周期荷载（非简谐）
冲击荷载（急剧增大、急剧减少）
a
3
随机荷载
a
4
内容：自由振动
无阻尼 单、多自由度
强迫振动
有阻尼 无限多自由度
myky0 达朗伯尔原理 隔离体平衡方程
微分方程
y 2y 0
k 1
m m
a
11
（2）柔度法——列位移方程 ——弹性体系（非隔离体）（图14 – 5c）
运动过程，质量只受惯性力——按静力荷载考虑， I my
m在时刻 t 的位移等于惯性力作用下的静力位移
即 y my
单自由度体系 myy0 1 k
周期运动 y( t + T ) = y( t )
y(t)asint2
asint2y(tT)
自振周期 频率
T＝ 2
每隔一段时间就重复原来运动 单位：秒（S）
f 1 T 2
单位时间内的振动次数 ， 单位： 1／秒（1/S）
园频率（频率）＝2 ＝2f
Ta
2π秒内完成的 振动次数
16
＝k 1 g g m m W st
②动力反应 动内力/位移随时间变化的规律 ——最大值——设计依据
a
5
§14－2 结构振动的自由度
振动自由度
——为了确定全部质量位置所需的独立几何参数的数目
集中质量法：突出主要质量——静力等效
单自由度结构
多自由度结构
a
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
结构动力学课件
矩阵M和K两边相乘的是同一个振型向量φi时, 它们的乘 积等于一个数:
Mi Mi
Mi 称为广义质量. Ki 称为广义刚度.
i Ki Ki
T
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自测题
一、判断题
1. 动力荷载对结构的影响不仅随时间而变化，而 且使结构产生不容忽视的惯性力。（ √ ） 2. 动力位移总是要比静力位移大一些。（ ╳ ） 3. 多自由度体系， 刚度系数与柔度系数的关系是： kij=1/δij 。 （ ╳） 4. 图示体系作动力计算时，若不计轴向变形影响则为 m 单自由度体系。（ ╳ ）
F F
t 1
自测题
三、考研题选解
1. 在动力计算中，图a、b所示体系的动力自由度分 别为：（ A ）（4分）（西南交通大学1997年）
A. 1，4
(a)
B. 2，3
(b)
C. 2，2
(c)
D.3，4
(d) (d)
(a)
(b)
(c)
提示:用附加链杆法分析，附加链杆分别如图 c、d， 有几个附加链杆，就有几个自由度。
4. 建立运动方程的方法
基本方法是惯性力法，即在体系的各运动质点上加入惯性力并认 为各质点处于瞬时的平衡状态，采用静力学方法列出运动方程。 y ，速 注意，通常取静平衡位置为位移 y的坐标原点，位移 度 、加速度 y 的正方向取为一致。 y
（1）刚度法
FI (t ) Fc (t ) Fe (t ) Fp (t ) 0 (t ) cy (t ) k11 y(t ) Fp (t ) m y
X (1) X (2) X X (n)
1 X (2) X (1) X ( n ) X ( 1 )
结构动力特性分析课件
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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。
实用的方法通常有三种： 1、自由振动法 2、共振法 3、脉动法。
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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使结构在一定的初位移（或初速度）
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第三节 基本构件的动力特性
一、钢筋混凝土构件 二、钢结构构件 三、砌体构件
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一、钢筋混凝土构件
1、受弯构件； 2、压弯构件； 3、受扭构件； 4、梁-柱节点； 5、剪力墙；
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1、受弯构件
• 受弯构件：受弯构件是指没有轴力影响，且以弯矩作用 为主的梁式构件。
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三、振动台试验
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交通银行大厦 振动台试验
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三、振动台试验
• 试验四个过程：结构自振特性的标定、线性阶段的试验、非线性阶段的试验和 极限破坏试验。
• 技术难点在于如何处理试验模型与原型的相似关系问题。 • 一般采取增加附加质量的方法来满足密度相似要求。
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2、共振法（振动荷载法）
功率 放大器
信号 发生器
激振器 频率仪
拾振器
试 件
放大器 放大器 放大器 放大器
记录仪 相位计
共振法测量原理框图
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参数测定
共振时的 振动图形和共振曲线 衰减系数：
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以 A 2为纵座标，ω为横座
标作出共振曲线，如图在纵
座标最大值Ymax的0.707倍处
作一水平线与共振曲线相交 于A和B两点，其对应横座标
是ω1与ω2。
则阻尼比为：
2 1 2 0
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§2.5 结构动力特性测定
建筑结构的动力特性指：固有频率， 振型及阻尼系数等，是结构本身的固有参 数。它们决定于结构的组成形式、刚度， 质量分布，材料性质。
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§2.5 结构动力特性测定
对于比较简单的动力问题，一般只注意结构 的基本频率。而为了研究结构的振动规律（如复 杂的多自由度体系），有时还必须考虑第二、第 三甚至更高阶的固有频率以及相应的振型。
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一般说来，整体建筑物动荷载试验多为水
平方向激振，楼板和梁的动荷载试验多为
垂直方向激振。激振器的安装位置应选在
所要测量的各个振型曲线都不是节点的地
方。因此，试验前最好先对结构进行初步
的动力分析，做到对所测量的振型曲线的
大致形式心中有数。
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2、共振法 利用专门的激振器，对结构施加简谐动荷 载，使结构产生恒定的强迫简谐振动，借 助共振现象来观察结构的自振性质。
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将激振器牢固地安装在建筑结构上，不使 其跳动，否则将影响试验结果。激振器的 激振方向和安装位置要根据所试验结构的 情况和试验目的而定。
A etn A etn1
T
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自由振动法的原理：
＝ e an
an1
A etn A etn1
T
ln an T
an1
T 2
1 ln an 2 an1
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§2.5 结构动力特性测定
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§2.5 结构动力特性测定
具体的方法：
➢具有吊车的工业厂房，可利用小车突然刹车产生 自由振动。
➢测定桥梁的动力特性，可以采用载重汽车越过障 碍物的办法产生一个冲击荷载。
➢用发射反冲小火箭（又称反冲激振器）的方法可
以产生脉冲荷载，从而使结构发生自由振动。
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§2.5 结构动力特性测定
结构物的固有频率及相应的振型虽然可由结
构动力学原理计算得到。但由于实际结构物的组
成和材料性质等因素，经过简化计算得出的理论
数据误差比较大。
阻尼系数则只能通过试验来确定。因此，采
用试验手段研究各种结构物的动力特性具有重要
突加荷载和突卸荷载两种方法。
➢突加荷载，是将重物升到某一高度，然后
释放，使结构产生自由振动，它的缺点是加
上去的重物附结构一起振动，对结构有一定
的影响。
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§2.5 结构动力特性测定
➢突卸荷载，使结构产生一个初位移，然后 突然卸去荷载，利用结构的弹性使其产生自 动振动。
的实际意义。
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§2.5 结构动力特性测定
1、自由振动法 设法使结构产生自由振动，通过记录仪器 记下有衰减的自由振动曲线，由此求出基 本频率和阻尼系数。
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§2.5 结构动力特性测定
结构产生自由振动的方法:
以其推导过程如下
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由结构动力学可知，当干扰力的频率与结构 本身固有频率相符时，结构就出现共振。因 此，连续改变激振器的频率，达到使结构产 生共振，这时记录下的频率，就是结构的固 有频率，连续激振下去，应可以得到第一次 共振，第二次共振，第三次共振等。
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量测方法
➢采用自由振动法时，拾振器一般布置在振幅较大处，
要避开某些杆件的局部振动。
➢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。在振动时程曲线上，根据时间座标，得到
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振动波形的周期或结构的自振频率。
➢为了消除荷载影响，最初的一个、二个波不用，同
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当使用偏心式激振器时，应注意到转速不同， 激振力大小也不一样。激振力与激振器转速 的平方成正比。为了准确地定出共振曲线， 应把振幅折算为单位激振力作用下的振幅， 即振幅除以相应的激振力。或者把振幅换算 为在相同激振力作用下的振幅。
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在理论上，结构有无限阶自振频率，但频 率越高输出越小，由于受检测仪表灵敏度 的限制，一般仅能测到有限阶的自振频率。 另外，对结构影响较大的是前几阶，而高 阶的影响较小。
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测共振频率时，一般总是把激振器的转速由低到高， 进行几次连续变换的所谓“频率扫描’’试验，同 时记录下振动曲线图。在图上先找到使建筑物发生 共振的频率值。然后，再在共振频率附近进行稳定 的激振试验，仔细地测定结构的固有频率和振型。
21lnan 2lnan
k ank k ank
临界阻尼比 2
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自由振动法的原理：
m x c x k 0 x
xc xk x0 mm
c c cc 2m
k m
x 2 x 2x0
xAe ts i nt ()
＝ e an
an1
时，为了提高准确度，可以取若干波的总时间除以波
数得出平均数作为基本周期，其倒数即为基本频率，
建筑物的阻尼特性用对数衰减率或临界阻尼比来表示。
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§2.5 结构动力特性测定
实测得到的振动记录图一般 没有零线，所以在测量阻尼 时应采取从峰到峰的量法， 这样比较方便，而且准确度， 对数衰减率为