建筑结构结构动力试验

建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
第5.2节 结构动荷载特性试验
动荷载的特性：作用力、方向、频率和阻尼等参数。 在研究风荷载、地震作用、工业建筑内的动力设备响应时，需要确定 振源的大小和作用规律，这些振源虽然可以根据统计值进行动力荷载特 性计算，但有时实际动力特性与统计值有较大的差距，用计算方法往往 不能获得振源的实际动力特性，因此，需要借助试验的方法进行确定。 对于动荷载特性的测定，可以采用直接测定法、间接测定法和比较测 定法等。
促使结构产生共振反应，记录共振时共振曲线（图5.3）和振型曲线（
图5.5），通过曲线分析，可以获得结构的自振频率和振型阻尼比。
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第五章 结构动力试验
图 5.3 为对建筑物进行频率扫 描试验时所得到的时间历程曲 线。在共振频率附近逐渐调节 激振器的频率，同时记录结构 的振幅，就可做出频率 — 振幅
n 1 时刻的振幅：
t n 1 x Ae n 1
(5.3)
则有：
t n x Ae ( t t ) T n n n 1 e e t n 1 x Ae n 1
(5.4)
两边取自然对数，则有：
x 2 T n ln ln e T 2 ' x n 1
(5.5)
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第五章 结构动力试验
阻尼比：

x 1 ln n 2 xn1
(5.6)
阻尼系数：
c 2 m
(5.7)
为了提高计算的精度，实际阻尼比计算取k个周期的衰减进行计算：

x 1 ln n 2 k xnk
(5.8)
对于实际测试曲线无零线的情形：
如果时程曲线上在
f
t

时间内包含若干个完整波形时，频率为：
1 T
(Hz)
(5.1)
由动力学可知，结构自由振动时，
t n (5.2) x Ae n
n
时刻的振幅：
式中：x
n
―
n
时刻的振动位移；
tn －振幅； Ae

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－阻尼比； ―被测振动的圆频率。
第五章 结构动力试验
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本章目录
5.1 概述
5.2 5.3 5.4 5.5
结构动荷载特性试验 结构动力特性试验 结构动力反应试验 结构风洞试验
建筑结构
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第五章 结构动力试验
第5.1节 概述
建筑结构在使用过程中除了承受静载作用外，还常常 承受各种动荷载的作用，如风荷载、地震作用、动力设 备对工业建筑的作用、冲击及爆炸荷载等。动荷载除了 增大结构受力外，还会引起结构的振动，甚至会引起结 构发生疲劳、共振破坏。为了确定动荷载的特性、结构 的动力特性、结构的动力反应以及结构的疲劳特性等， 常常需要进行结构动力试验。动力与静力试验明显的区 别在于荷载随时间连续变化、结构反应与自身动力特性 相关。
x 1 2 ln 2 k x
x 1 lnn k x n k n k
n
(5.9)
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常用方法： 1 突加荷载法 突加荷载法也称初速度加载法，原理是利用锤击或落重物的方法使结 构在瞬间受到冲击，产生一个初速度，使结构产生振动。 2 突然卸载法 突然卸载法也称为初位移加载法，如图5.2（a）所示在结构上拉一钢丝 绳，使结构产生人为的初始位移，然后突然释放，使结构在静力平衡位 置附近作自由振动。
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（1）直接测定法 直接测定法是指在测量对象上直接安装传感器，通过传感器
的反应来测定动荷载的各项参数。这种方法简单可靠，随着现
代量测技术的不断发展，各种传感器性能的逐步完善和提高， 使其应用范围也愈来愈广。
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（2）间接测定法
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第5.3节 结构动力特性试验
本节目录
1 自由振动法 2 共振法
3 脉动法
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第五章 结构动力试验
结构动力特性是结构本身固有的动态参数，包括固有频率、振型 和阻尼系数等，它们取决于结构的组成形式、刚度、质量分布、 材料形式等，与外荷载无关。结构的动力特性是进行结构抗震计 算、解决结构共振问题的基本依据。 常用的结构动力特性试验方法有自由振动法、共振法和脉冲法等 。
响。
利用自由振动法一般只能获得结构的基本频率及其阻尼。
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5.3.2共振法
共振法采用能够产生稳态简谐振动的起振机或激振器作为振源，使 结构产生强迫简谐振动，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。 实验时，把激振器安装在结构的适当位置，加大激振器输出力量， 可以迫使结构产生周期性强迫振动。当干扰力的频率与结构本身自振 频率相等时，结构就会出现共振。因此，通过改变激振器的频率，可
间接测定法是把要测定动力的设备安装在有足够弹性变形的专用结构上
（3）比较测定法 当振源是可以开启、停止的情况下，可以采用比较测定法。先开动振源，
记录结构的振动情况，再开动激振器逐渐调节其频率和作用力的大小，使
结构产生同样振动。由于激振器的作用力和频率已知，这样可求得振源的 特性。
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5.3.1 自由振动法
自由振动法是使结构产生一初位移或初速度，然后释放使其产生自由振动 ，通过记录仪获得有衰减的自由振动曲线（图5.1），由此可以利用动力学 知识求出结构的基本频率和阻尼系数。
图5.1 自由振动时程曲线
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第五章 结构动力试验
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第五章 结构动力试验
（a）
（b）
图5.2 用张拉突卸法对结构施加冲击力荷载
1-结构物；2-钢拉杆；3-保护索；4-钢丝绳；5-铰车； 6-模型；7-钢丝；
8-滑轮；9-支架；10-重物；11-减振垫层
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第五章 结构动力试验
对于结构小模型可采用图5.2（b）的方法，通过悬挂的重物对模型 施加水平拉力，剪断钢丝绳产生突然卸荷，使结构产生振动。 优点：结构自振时荷载已不存在，重物本身对结构不会产生附加影