土木工程实验技术(结构桥梁)PPT培训课件

结构动载试验的特点：
➢ 施加在结构上的荷载（大小、方向）随时间连续变化； ➢ 结构在动载下的反应与结构自身的动力特性密切相关； ➢ 动力条件下，结构的承载能力和使用性能的要求发生变化； ➢ 材料的力学性能随加载速度而变化，加载设备、试验方法不同。
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4.2 结构动载试验的仪器仪表
m[xr (t) xA(t)] cxr (t) kxr (t) 0
2
xr
(t
)
2
0
xr
(t
)
02
xWAr
(t
)
W0
xA
(t
)
xA
1
阻尼比
传感器的固有频率
0
假0 定：1
x2 A (t)3
X4 A
sin5At 6
-1
求解有：
-2
7
xA8
(t)
9
X
A
2
A
sin
AtBiblioteka 频率比=wA/w0相位角
2 1
x (t) e ( A e A e ) 0t
j0t 1 2
Stjead0yt re1spons2e
r
1
2 Total response
2 (1 2 )2 (2 )2
X A sin(At )
0 0
1
transient 瞬态解 2与初3始条件4 有关5 ，且6随时间7 衰减8
Steady state 稳态解 9 主要利用稳态解的特性，有以下三种情况：
结构动载中，结构反应的基本变量为：速度、加速度、动位移和动应变等
被测信号连续变化，无法人工测量和记录
动态信号
4.2.2 动态信号测试的基本概念
传感器
信号放大器
滤波器
动态信号系统的评价指标和性能参数：
示波器 记录仪器 数字信号处理器
1）与频率相关的特性 2）信号的滤波和衰减 3）信号放大和衰减的表示方法 4）动测仪器的输入输出和阻抗匹配 5）绝对振动测量和相对振动测量的概念 6）测量仪器的分辨率
2
0 (1 2 )2 (2 )2
xr
(t)
2 X
A
sin(At
)
X A
02
sin At
可用传感器测量结构的振动加速度
3）当λ= 1.0，且ζ足够大时
共振
xr (t)
1
2
X A sin(At )
X A
20
sin At
可用传感器测量结构的振动速度
传感器的振幅特性曲线 线
传感器的相位特性曲
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➢ 滤波：滤除动态信号的某些成分；
➢ 信号的衰减：信号在传输时受到抑制的现象；
➢ 通频带、阻频带、截止频率：
低通滤波器、高通滤波器
带通滤波器、带阻滤波器
➢ 模拟、数字滤波器；
1
通频带
2
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4.2.2 动态信号测试的基本概念
3）信号放大和衰减的表示方法
分贝/dB——表示信号的放大和衰减；
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第 4 章 结构动载试验
结构动载与静载试验的区别标准：惯性力的影响或加载速度大小。
爆炸或冲击荷载试验 荷载持续时间短，强度大，作用次数少
结
结构疲劳试验
构 动
振动台试验
载
结构振动试验
试
验
低周反复试验
结构拟动力试验
重复荷载作用产生内部损伤、破坏 模拟地震下结构反应 获取结构动力特性参数（?） 研究构件在地震下的细部抗震性能 计算机与试验机联机-模拟地震，大比例试件
-1
-2
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4.2.3 结构动载试验中的传感器
1）当λ= wA/w0很大，且ζ足够小时
lim 2 1.0
(1 2 )2 (2 )2
xr (t) X A sin(At ) X A sin At
可用传感器测量结构的振动位移
2）当λ= wA/w0很小，且ζ足够小时
lim 2
信号放大倍数
G(dB) 20 lg( x / x0 )
输出信号
基准信号
如x/x0=10, 则G=20dB
4）输入输出和阻抗匹配
阻抗匹配——反映输入电路和输出电路之间的功率传输关系； 当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。
利用电路阻抗匹配技术可以提高输出功率。
5）绝对和相对振动测量的概念
位移——反映安装基点和量测对象之间的相对位移； 如安装基点为绝对不动点，则为绝对位移。
1）磁电式相对速度传感器 ①构造；② 性能指标；
2）惯性式磁电速度传感器
3. 压电式传感器 4. 其他传感器
1) 压阻式加速度传感器 2) 电涡式位移传感器 3) 新型加速度传感器
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4.2.3 结构动载试验中的传感器
1 惯性式传感器的基本原理
xr
典型的单自由度m-k-d体系，其运动方程为：
加速度、速度——当直接安装在结构上，则为绝对加速度、速度。
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4.2.2 动态信号测试的基本概念
6）测量仪器的分辨率
分辨率——指测量仪器有效辨别的最小示值差。 分辨率与信号电压与噪声电压的比值有关。
4.2.3 结构动载试验中的传感器
1. 惯性式传感器的基本原理 2. 电动式传感器
包括：试验程序、传感器自动标定、控制模式 自动转换、系统在线识别，数采并储存等
要求能够连续同步采集并记录数据。
同步：采集的试验数据在时间与指令信号同步，在伺服控制器每发出一个指令信号控制液压作动 缸的动作的同时，数据采集系统也相应的进行一次数据采集，以保证试验数据的完整性和准 确性。
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4.3 结构振动测试
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4.2.4 结构动载试验加载设备与加载方法
1 结构动载试验加载设备分类
➢ 电液伺服加载系统 ➢ 激励锤（力锤）和激振器 ➢ 疲劳试验机 ➢ 其他专用加载设备
静载、动载、疲劳试验，是目前主要动载设备 结构模态和动力特性试验，两者分别用于对结构
施加瞬态和稳态激励
高空落物、拉索断裂、跳车等
2 电液伺服系统动力性能
➢ 液压作动缸的负载能力 ➢ 伺服控制器 ➢ 数据采集和控制软件
静载：Pmax=p×Ae 动载：电液伺服阀的最大流量及动态响应特征 （P95#图4-19液压作动缸性能曲线）
数字控制器调节频率5000~6000Hz； 对信号进行一次调节的时间不到2ms； 多个作动缸工作时：多目标协调控制功能。
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4.2.2 动态信号测试的基本概念
1）与频率相关的特性
f1 T 2
➢ 高频、低频，静态信号，直流分量； ➢ 频率响应→ 系统的动态特性； ➢ 土木工程结构：≤100Hz（即≥0.01S） →低频； ➢ 汽车发动机： ≥ 5000Hz（即≤ 0.0002S） →高频；
2）信号的滤波和衰减
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结构振动测试的目的： ➢ 掌握结构的动力特性（频率、振型和阻尼），为结构动力分析和 动力设计提供试验依据； ➢ 掌握作用在结构上的动荷载特性；（如风载、设备振动等） ➢ 采用结构振动信号对已建结构进行损伤诊断和健康监测；