结构动载试验
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建筑结构试验第四章结构动载试验
疲劳试验
❖示例
本章小结
1 概述 2 动载试验仪器仪表 3 结构振动测试 4 结构抗震试验 5 结构疲劳试验
宝山壁画
❖ 宝山壁画是引人注目的昂贵文物。此壁画发现于阿鲁科 尔沁旗东沙布乡境内。1994年列为“全国十大考古新发 现”之一。宝山壁画中最引人注目的是《杨贵妃教鹦鹉 图》。该画高0.7米、宽2.3米，用于笔重彩绘制，最突 出的表现了 晚唐风格。唐代擅长绘贵妇仕女的大师周昉 绘制了《杨贵妃教鹦鹉图》，不仅享誉中原，而且还影 响全国各地。发现于阿旗宝山古墓里的这幅画，就是契 丹人聘请中原画家按照周氏风格绘制的， 技法深得周氏 画风的真传。在唐人真迹稀如星风的今天，能够从中完 整了解唐代人物画的杰出成就，堪称美术史研究的辛事。 这幅壁画现今保存在阿鲁科尔沁旗博物馆，历经千年， 恍如新绘，是该馆的镇馆之宝。
结构抗震试验——伪静力试验
❖常用的三种加载方法 ①控制位移加载法；常以屈服位移或最大层间位移
的某一百分比来控制加载 ②控制荷载加载法； ③控制荷载和位移混合加载法。
结构抗震试验——拟动力试验
❖拟动力试验，其实质就是按照某种确定性的地震 反应进行加载。
❖ 由于结构的恢复力模型未知，运动方程无法求解， 故采用“边试验、边求解”的方法分步得到实测 的结构恢复力模型，然后可完成整个试验加载过 程。
结构抗震试验——伪静力试验
❖结构低周反复加载试验的主要研究内容： ♦ 恢复力模型：相当于结构的物理方程 ♦ 抗震性能判定：强度、刚度、变形、延性、耗能 ♦ 破坏机制研究：为抗震设计提供方法和依据
❖伪静力试验的特点： 试验装置及加载设备简单、观测方便，但加载制 度是人为确定的，与真实情况差异较大，且不能 考虑应变速度及阻尼的影响。试验值偏低，一般 情况下低周反复加载静力试验结果偏于安全。
结构试验-动载试验
bridge provided the dynamic excitation for the test
20
10
0 18000
19000
20000
21000
22000
23000
0.01s
-10
桥梁跳车试验
结构测试
动载试验
广西来宾麒麟路跨市政渠桥跳车试验
结构测试
动载试验
一、概述 1 分类（根据荷载作用时间和反复次数） 结构抗震试验—地震模拟振动台试验 结构疲劳试验 此外，低周反复荷载试验和结构拟动力试 验也被归入动载试验
结构测试
动载试验
一、概述
1 分类（根据荷载作用时间和反复次数）
爆炸或冲击荷载试验
结构测试
动载试验
一、概述
1 分类（根据荷载作用时间和反复次数）
爆炸或冲击荷载试验
结构测试
动载试验
一、概述
1 分类（根据荷载作用时间和反复次数）
爆炸或冲击荷载试验
结构测试
动载试验
一、概述
1 分类（根据荷载作用时间和反复次数）
基于磁电变换，也称为磁电式传感器
楞次定律：ut Blv
安培定律：ft Bli
磁电式传感器分相对式和惯性式，特点是 输出信号电压大，不易受电、磁、声场干 扰，测量电路简单。
结构测试
动载试验
二、动载试验仪器仪表
2 传感器 磁电式速度传感器性能指标 速度灵敏度：20mV/mm/s－表示每秒1mm的速 度，传感器输出电压为20mV 频率范围：传感器正常工作的范围 幅值线性度、相移特性、动态范围、固有频 率、阻尼比、测量方向、工作温度、质量、 外形尺寸等
-5
系列1 系列2 系列3 系列4
结构动载试验
工程 检测 实务
学习 内容
桥梁动载试验测试系统的选配 桥梁动载试验的激振方法 桥梁动载试验数据ห้องสมุดไป่ตู้析 荷载试验报告编写
结构动载试验
一、桥梁动载试验测试系统的选配
2．光线示波器
4．信号处理机
6．测振仪器的 主要技术指标
5．测试系统的选配
1．测振传感器
3．磁带记录仪
结构动载试验
测振传感器力学原理
1—传感器 2—振动体
四、荷载试验报告编写
由衰减振动曲线求固有频率
共振曲线
由衰减振动曲线求阻尼特性
桥梁动载试验实测记录曲线
移动荷载作用下结构变形曲线 汽车驶过桥时结构振动图形
工 程 检 测 实 务
结构动载试验
二、桥梁动载试验的激振方法
(一)自振法 1．突加荷载法 2．突然卸载法
（二）共振法 (强迫振动法)
（三）随机激振
震动图
跳车引起的结构振动图形
频率扫描时结构的振动图
曲线
车速为21km/h时跨中挠度时历曲线 结构脉动曲线
结构动载试验
三、桥梁动载试验数据分析
1.结构固有频率的测定 2.结构阻尼的测定 3.振型的测定 4.结构动力响应的测定 5.结构动力性能评价
学习 内容
桥梁动载试验测试系统的选配 桥梁动载试验的激振方法 桥梁动载试验数据ห้องสมุดไป่ตู้析 荷载试验报告编写
结构动载试验
一、桥梁动载试验测试系统的选配
2．光线示波器
4．信号处理机
6．测振仪器的 主要技术指标
5．测试系统的选配
1．测振传感器
3．磁带记录仪
结构动载试验
测振传感器力学原理
1—传感器 2—振动体
四、荷载试验报告编写
由衰减振动曲线求固有频率
共振曲线
由衰减振动曲线求阻尼特性
桥梁动载试验实测记录曲线
移动荷载作用下结构变形曲线 汽车驶过桥时结构振动图形
工 程 检 测 实 务
结构动载试验
二、桥梁动载试验的激振方法
(一)自振法 1．突加荷载法 2．突然卸载法
（二）共振法 (强迫振动法)
（三）随机激振
震动图
跳车引起的结构振动图形
频率扫描时结构的振动图
曲线
车速为21km/h时跨中挠度时历曲线 结构脉动曲线
结构动载试验
三、桥梁动载试验数据分析
1.结构固有频率的测定 2.结构阻尼的测定 3.振型的测定 4.结构动力响应的测定 5.结构动力性能评价
土木工程结构动载试验祥解
6.2工程结构动力特性的试验测定
定义： 工程结构的动力特性又称结构的自振特性，是反映
结构本身所固有的动态参数，主要包括结构的自振频率， 阻尼系数和振型等一些基本参数。
方法： 结构动力性能试验的激振方法主要有人工激振法和
环境随机激振法。人工激振法又可分为自由振动法和强 迫振动法
第2页/共22页
人工激振法
（2）疲劳试验的应变测量
一般采用电阻应变片测量动应变，测点布置依试验具体要求而定。
（3）疲劳试验的裂缝测量
目前测裂缝的方法还是利用光学仪器目测或利用应变传感器电测裂缝等
（4）疲劳试验的挠度测量
疲劳试验中动挠度测量可采用接触式测振仪、差动变压器式位移计 和电阻应变式位移传感器等 。
第15页/共22页
5.疲劳试验试件的安装
在工程结构中，有一些结构物或构件，如承受吊车荷载作 用的吊车梁，直接承受悬挂吊车作用的屋架等，它们主要承受 重复性的荷载作用。而这些结构物或构件在重复荷载作用下达 到破坏时的强度比其静力强度要低得多，这种现象称为疲劳。 结构疲劳试验的目的就是要了解在重复荷载作用下结构的性能 及其变化规律。
疲劳试验荷载简图
6.3工程结构的动力反应试验测定
1.寻找主振源的试验测定方法
（1）逐台开动法 当有多台动力机械设备同时工作时，可以逐台开动，实测结构在每
个振源影响下的振动反应，从中找出影响最大的主振源。 （2）实测波形识别法 根据不同振源将会引起规律不同的强迫振动这一特点，其实测振动波
形一定有明显的不同特征，如下图所示。因此可采用波形识别法判定振源 的性质，作为探测主振源的参考依据。
2 1
阻尼系数： 2 1
2
2
阻尼比：
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定义： 工程结构的动力特性又称结构的自振特性，是反映
结构本身所固有的动态参数，主要包括结构的自振频率， 阻尼系数和振型等一些基本参数。
方法： 结构动力性能试验的激振方法主要有人工激振法和
环境随机激振法。人工激振法又可分为自由振动法和强 迫振动法
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人工激振法
（2）疲劳试验的应变测量
一般采用电阻应变片测量动应变，测点布置依试验具体要求而定。
（3）疲劳试验的裂缝测量
目前测裂缝的方法还是利用光学仪器目测或利用应变传感器电测裂缝等
（4）疲劳试验的挠度测量
疲劳试验中动挠度测量可采用接触式测振仪、差动变压器式位移计 和电阻应变式位移传感器等 。
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5.疲劳试验试件的安装
在工程结构中，有一些结构物或构件，如承受吊车荷载作 用的吊车梁，直接承受悬挂吊车作用的屋架等，它们主要承受 重复性的荷载作用。而这些结构物或构件在重复荷载作用下达 到破坏时的强度比其静力强度要低得多，这种现象称为疲劳。 结构疲劳试验的目的就是要了解在重复荷载作用下结构的性能 及其变化规律。
疲劳试验荷载简图
6.3工程结构的动力反应试验测定
1.寻找主振源的试验测定方法
（1）逐台开动法 当有多台动力机械设备同时工作时，可以逐台开动，实测结构在每
个振源影响下的振动反应，从中找出影响最大的主振源。 （2）实测波形识别法 根据不同振源将会引起规律不同的强迫振动这一特点，其实测振动波
形一定有明显的不同特征，如下图所示。因此可采用波形识别法判定振源 的性质，作为探测主振源的参考依据。
2 1
阻尼系数： 2 1
2
2
阻尼比：
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建筑结构试验课件：结构动载试验
4.2 结构动载试验的仪器仪表
4.2 结构动载试验的仪器仪表: 测振仪器
拾振器
放大、微分、 积分
记录与分析
位移传感器
磁电式速度传感器
测
振 源
压电式加速度传感器
量 电
压力传感器
路
记录设备 数据采集系统
荷载传感器
4.2 结构动载试验的仪器仪表
惯性式测振传感器
1. 力学原理
质量块m的运动方程：
m xr xA cxr kxr 0
4.2 结构动载试验的仪器仪表
4.2 结构动载试验的仪器仪表: 激振设备
信号发生器
功率放大器
被
激振器
测 结
构
信号发生器
信号发生器是激振器的信号源。由它按检测的需要
发出某一振动波形。
功率放大器
功率放大器是为信号发生器输出的波形信号提供强
有力的功率以推动下一个环节激振器，使其具有足
够的激振力。
4.2 结构动载试验的仪器仪表
)2
[1 (A )2 ]2 (2 A )2
0
0
频率比： A 0
2 A
arctg
1
0
A 0
2
4.2 结构动载试验的仪器仪表
xA XA sinAt
Xr
2
X A [1 2 ]2 (2)2
Xr/XA
ξ
xr Xr sin At
2 arctg 1 2
ξ
幅频特性曲线
ωA/ω0
相频特性曲线
结构动力荷载的类型
地震作用 机械设备振动和冲击荷载 高层建筑和高耸结构的风振 环境振动——地脉动
4.1 概述
爆炸引起的振动 车辆运动对桥梁的振动 海洋采油平台收到海浪的冲击和冰块的撞击
3 结构动载试验
K ,阻力比D C ,频率比u
m
2mn
n
传感器系统的稳态解：
y Y0 sin(t )
二、幅频特性和相频特性
1〕位移传感器：
ω/ωn》1(>5) 时， Y0/X0≈1,φ≈180。
Y0
u2
X0 1u2 2 4D2u2
2）加速度传感器
振动体的加速度
xX02sint amsint
加速度传感器的幅性 频公 特式为：
1、波形分析：分析实测振动波形，按照不同振源将会引起 规律不同的强迫振动这一特点，可以间接判定振源的某些 性质，作为探测主振源的参考依据。
冲击振源：振动图形是间隙性的阻尼振动，而且有明显尖 峰和衰减的特点，类似于有阻尼自由衰减振动。
转速恒定的机器设备振源： 具有周期性的振动，波形 具有接近正弦规律。
脉动法：利用被测建筑物周围不规则微弱干扰（如 地面脉动、空气流动等）所产生的微弱振动作为激 励来测定建筑物自振特性的一种方法。该法的最大 优点是不用专门的激振设备。简便易行，且不受结 构物大小的限制。
测试方法：采用测振传感器测量地面自由场的脉动 源和结构的脉动反应，将获得的波形进行频谱分析 （FFT,时域向频率的转换），可得到结构的动力特 性。
2、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）。
3、疲劳试验分类：等幅等频疲劳、变幅变频疲劳和随机疲劳。
4、疲劳试验内容：
生产性疲劳试验：结构构件疲劳抗裂性能、裂缝宽度及发展 情况、结构构件最大挠度及变化幅度和疲劳极限强度等。中 级：2E6，重级4E6。
加速度传感器的幅频特性曲线
三、磁电式速度传感器 根据电磁感应的原理制成：振动体振动时，线圈与磁钢之 间发生相对运动，根据电磁感应定律，感应电动势E的大小为： E=BLnv 即E正比于v。
《建筑结构检测》 动载实验-文档资料
第七章 动载检测
对于那些在实际使用中直接承受移动荷载或经常 性振动的结构或构件，除了基本的静载检测以外，常 常须要作动载检测。因为动荷载产生的动力效应有时 远远大于相应的静力效应，甚至一个不太大的动荷载 能使结构遭受严重破坏。 近年来，随着我国高层建筑物的增多和国防建设 的需要、以及西南水电开发的进行，有关建筑物抗震 抗爆研究的动载检测就显得愈来愈重要了。
13
14
测试时，将起振机牢固地安装在结构物上，整体建 筑物沿水平方向激振，梁、板等构件沿垂直方向激振。 在共振频率附近逐渐调节起振机的频率，同时记录下结 构的振幅，就可以作出频率振幅关系曲线(共振曲线)， 如图所示。
15
在共振曲线上，从纵坐标最大值ymax的0.707倍处作 一水平线与共振曲线相交于A、B两点，其对应的横坐 标记为 ' 1 与 '' 1 ，则有阻尼系数:
3
(2)波形分析法 在正常生产的情况下实测建筑物的振动波形图，然后对波 形图进行分析，按照不同振源将会引起规律不同的强迫振动这 一特点，间接判断出合成振动是由哪些频率成分组成的，哪一 种频率成分具有较大的幅值，从而判断哪一种振源是主振源。 2、振源动力特性测试 对于地震、风力、海浪力等特殊的动荷载．可以利用已有 的长期观测资料分析其特性。这种分析具有一定的代表性和概 括性，但是要充分考虑到这种由统计资料分析出的平均结果可 能与要解决的具体工程问题不相适合，具体问题要作具体的分 析。
a r ln eln n 2 a 1 n
TБайду номын сангаас
an 2 a.对数衰减率 平均 ln k ank
11
an 2 平均 ln k ank
式中an+k为第n+k个波的振幅。
对于那些在实际使用中直接承受移动荷载或经常 性振动的结构或构件，除了基本的静载检测以外，常 常须要作动载检测。因为动荷载产生的动力效应有时 远远大于相应的静力效应，甚至一个不太大的动荷载 能使结构遭受严重破坏。 近年来，随着我国高层建筑物的增多和国防建设 的需要、以及西南水电开发的进行，有关建筑物抗震 抗爆研究的动载检测就显得愈来愈重要了。
13
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测试时，将起振机牢固地安装在结构物上，整体建 筑物沿水平方向激振，梁、板等构件沿垂直方向激振。 在共振频率附近逐渐调节起振机的频率，同时记录下结 构的振幅，就可以作出频率振幅关系曲线(共振曲线)， 如图所示。
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在共振曲线上，从纵坐标最大值ymax的0.707倍处作 一水平线与共振曲线相交于A、B两点，其对应的横坐 标记为 ' 1 与 '' 1 ，则有阻尼系数:
3
(2)波形分析法 在正常生产的情况下实测建筑物的振动波形图，然后对波 形图进行分析，按照不同振源将会引起规律不同的强迫振动这 一特点，间接判断出合成振动是由哪些频率成分组成的，哪一 种频率成分具有较大的幅值，从而判断哪一种振源是主振源。 2、振源动力特性测试 对于地震、风力、海浪力等特殊的动荷载．可以利用已有 的长期观测资料分析其特性。这种分析具有一定的代表性和概 括性，但是要充分考虑到这种由统计资料分析出的平均结果可 能与要解决的具体工程问题不相适合，具体问题要作具体的分 析。
a r ln eln n 2 a 1 n
TБайду номын сангаас
an 2 a.对数衰减率 平均 ln k ank
11
an 2 平均 ln k ank
式中an+k为第n+k个波的振幅。
第六章 结构动载试验
阻尼比。
1 自振频率： f =1/0.2=5(Hz) T x 1 阻尼比： ln n =1/(3*π )*ln(25/19)=0.291 k x n k 或： x 1 ln n 2k x n k
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
6.4 结构动力反应试验
• 动态参数：在测试部位布臵适当的测振仪器，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。
ω
3、脉动法
脉动法：利用被测建筑物周围不规则微弱干扰 （如地面脉动、空气流动等）所产生的微弱振动作为 激励来测定建筑物自振特性的一种方法。该法的最大
优点是不用专门的激振设备。简便易行，且不受结构
物大小的限制。 测试方法：采用测振传感器测量地面自由场的脉 动源和结构的脉动反应，将获得的波形进行频谱分析， 可得到结构的动力特性。
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频率相等时，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 A 率；结构的阻尼比： 2 A1max A 2max 0.707 A1max ω1 ω2 ω3
0.707 A2max
t1 t2 t3
6.2 动力荷载特性试验
一、结构动力荷载的类型
1.地震作用：对地震进行观测和预报，对建筑结构进行抗震试验研 究。 2.设备振动：如锻锤、吊车制动力，多层工业厂房机器等。
桥梁结构动载试验
• 一、时域分析 在时域分析中，桥梁构造旳某些动力参数能
够直接在相应旳时程曲线上得出，例如： 在加速度时程曲线上能够得到各测点旳加速
度振幅；在位移时程曲线上能够用最大动挠度减 去最大静挠度得出位移振幅；比较各测点旳振幅、 相位拟定振型等。
另某些参数需要进行分析处理，如：如阻尼 特征、冲击系数等。
• 1.桥梁旳阻尼特征
于液压脉动加载器最大动荷载旳3％。
2、荷载频率选择 试验荷载频率一般不不小于10HZ，并位于试件和加
载装置自振频率旳80％〜130％之外。（防止共振、 减小动力效应） 3、试验加载程序
疲劳试验加载程序涉及预加载、静载试验、疲劳试验 和破坏试验四个阶段。
1）预加载阶段：加载值为最大荷载旳20%，以消除支座 等不良接触和检验仪表是否正常工作。
1.自振法
• 自振法旳特点是使桥梁产生有阻尼旳自由衰减振 动，统计到旳振动图形为桥梁旳衰减振动曲线。
一般常用忽然加载和忽然卸载两种措施。
忽然加载法是在被测构造上急速施加一种冲 击作用力。现场测试中，采用试验车辆旳后轮从 三角垫块上忽然下落对桥梁产生冲击作用，激起 桥梁旳竖向振动，简称跳车试验；当测试某一构 件（如拉索）旳振动时，经常采用木棒敲击旳措 施产生冲击作用。
冲击系数与桥梁构造旳构造形式、车辆旳速 度、桥面旳平整度等有关。反应了桥梁构造旳整 体性能，是衡量构造刚度旳主要指标。根据动力 冲击系数旳实测值来评价桥梁构造旳行车性能， 实测冲击系数较大则阐明桥梁构造旳行车性能差， 桥面旳平整程度不良，反之亦然。
根据实测加速度量值旳大小，评价桥梁构造 行车旳舒适性。车辆在桥梁构造行驶时最大竖向 加速度不宜超出0.065g，不然就会引起司乘人员 旳不适。
般从响应小旳开始测试，即地脉动—跑车—跳车。 （2）跑车试验时要较精确控制试验车辆旳车速
结构动载试验
4.4结构抗震试验
一、引言
野外原型试验
地震模拟振动台振动试验
抗震试验研究 伪动力试验
伪静力试验
模型动力特性试验 材料特性试验 故障诊断试验 土动力试验
强震观测 破坏试验 动力特性试验 破坏试验 动力特性试验 部件破坏试验 整体破坏试验 部件破坏试验 整体破坏试验
二、伪静力试验
试验目的：用于混凝土结构、钢结构、砌体结 构、组合结构等的构件及节点抗震基本性能试验， 以及结构模型或原型在反复荷载作用下的抗震性 能试验。典型的为获得力-位移或力-应变滞回曲 线。
正式试验时的加载方法应根据试体的特点和试验 目的确定，宜先施加预计开裂荷载的40%~60%， 并重复2~3次，逐步加至100%。
当进行承载能力和破坏特征试验时，应加载至试 体极限荷载的下降段，对混凝土结构试体下降值应 控制到最大荷载的85%。
试体屈服前，采用荷载控制并分级加载，试体屈 服后应采用变形控制，以屈服时的最大变形值为级 差进行控制加载。反复荷载次数在试体屈服前每级 可一次，试体屈服后每级宜三次。
基本实验设备 1．伺服液压往复作动器 2．液压千斤顶 3．液压源 4．控制系统 5．测量仪器 1）力测量系统； 2）应变测量系统； 3）位移测量系统；
试验例子及加载方法
系统连接图
拟动力试验原理图
试验数据处理
主要图形数据包括下列内容：
1．基底总剪力—顶端水平位移曲线图； 2．层间剪力—层间水平位移曲线图； 3．各质点的水平位移时程曲线图和恢复力时程曲线图； 4．最大加速度时的水平位移、恢复力、剪力、弯矩图； 5．试体开裂、屈服、极限、破坏时的基底总剪力、水平位 移、相应的最大加速度值。
2）爆破法 利用人工爆破，在爆破点附近的建筑结构物上布置测点，求取在爆炸
5 桥梁结构动载试验
1）公路—I级：车道均布荷载标准值qk=10.5kN/m；集中 荷载标准值：计算跨径L≤5m时，Pk=180kN； L ≥50m 时，Pk=360kN；跨径在5m~50m之间时，Pk值直线内插。 计算剪力效应时，集中荷载Pk乘1.2增大系数。
2）公路—II级：按公路—I级车道荷载的0.75倍采用。
2021/3/8
3、加载试验与观测
➢按照预定的加载程序对试验桥梁进行加载试验，同时测试 结构受力后的各项性能指标如挠度、应变、裂缝宽度。一般 还应同步测得结构和环境温度场（用于修正温度对实测值的 影响）
2021/3/8
3
4、结果分析与处理
➢原始数据的分析处理：数量转换、数理统计、频 谱分析、过滤温度影响 ➢撰写报告：按照相关规范或规程以及试验目的， 对试验对象做出科学的判断与评价。
城市B: 车道≥4时，剪力乘1.3。
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11
城市A车辆荷载
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12
2021/3/8
城市B车 辆荷载
13
车道折减系数
车道数
2
折减系数 1.0
3
4
5
≥6
0.8
0.67 0.60 0.55
冲击系数
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14
➢《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）： 车道 荷载
2021/3/8
18
5、测点设置
➢基本原则：最大应力、最大位移。温度测点
➢梁式桥：跨中挠度和应变，支座附近或悬臂端截 面沉降和负弯距应变；
➢拱桥：主拱圈跨中和L/4处的挠度，拱脚、L/4和 跨中截面的应变；
➢ 斜拉桥：主梁跨中、L/4和L/8处挠度，支座处沉 降，跨中和控制截面应变；塔顶变位，塔身控制截 面应变；钢箱梁桥的斜拉索锚箱应变；控制索索力。
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突加荷载法施加冲击力荷载 1－摆锤；2－结构；3－落重；4－砂垫层；5－试件
• 产生简谐激励的方法：通过扫频方式，使结 构产生共振，来检测结构动力特性，包括： 固有频率、阻尼比、振型等。
1通过旋转偏心轮的离心力产生简谐激励。
2电磁激振器加载
• 液压振动台：用于地震模拟试验、其它动 载试验的加载，可以施加简谐激励、随机 激励。
结构动载试验
• (4) 配有精密设备厂房的防振、隔振和减振，以保 证这些设备的正常工作和工件的加工精度；振动 引起的环境噪声的治理，改善劳动条件、保证工 人健康。
• (5) 桥梁设计与建造中需要考虑车辆运动荷载作用 下的桥梁振动、流水浮冰对桥墩的冲刷和冲击、 大雨使斜拉桥的斜拉索产生的雨振并使索塔产生 振动等。
这些参数取决于结构自身特性，而与外荷载无关。结构的 动力特性是进行结构动力响应计算、进行结构动力和抗震 设计、解决工程共振问题的基本依据，因而结构动力参数 的测试是结构动载试验的最基本内容。
• (2) 振源识别和动荷载特性测定 • 振源识别就是寻找对结构振动起主导作用而危害最大的主
振源，这是振动环境治理的前提。动荷载特性测定是建筑 结构进行动力分析和隔振设计所必须掌握的，直接影响到 结构的动力响应。动荷载特性测定包括：测定结构动荷载 的大小、方向、频率及其作用规律等。
m&x& &x&m cx&m kxm 0
惯性式传感器的力学原理
&x&m 2n x&m n2 xm X 02 sin t
n2
k m
c 2mn
xm Xm0 sin t
Xm0 X0
2
n
1
n
2
2
2
n
2
2
arctg
n
2
1
n
幅频特性曲线
当/n>>1 时 Xm0 1 X0
• 灵敏度，振动方向感受到单位振动加速度时，传 感器的输出电荷或电压。
• 安装谐振频率是指将传感器(用螺栓牢固安装在一 个有限质量m(目前国际公认的标准是体积为1in3 质量为180g)的物体上的谐振频率。传感器的安装 谐振频率对传感器的频率响应有很大影响。
• 频率响应，灵敏度随所测振动频率不同而变化的 规律为传感器的频率响应。
动载试验加载方法与设备
• 产生自由振动的加载方法：用于结构动力 特性测试，但一般只能测到低阶自振频率、 阻尼比。
1冲击加载：在很短的时间内完成加载和卸载， 在结构上产生一个脉冲激励，使结构产生 自由振动；可采用：重物撞击、爆炸产生、 小火箭反冲等等。
2突卸荷载、在很短的时间内完成卸载，同样 能使结构产生自由振动；可采用悬挂重物 突然脱落、千斤顶突卸油压等。
• 频率响应，传感器机械系统和机电转换都 有频响问题，定义灵敏度随所测振动频率 不同而变化的规律为传感器的频率响应。
• 阻尼比，通常设计为0.50.7 。
振动检测
• 压电式加速度传感器
（a）基座压缩型 （b）单端中心压缩型（c）环型剪切型 1外壳；2质量块；3压电晶体；4输出接头
压电式加速度传感器的主要技术性能
结构动载试验几项基本内容
• (3) 结构动力响应测试。 • 结构动力响应测试包括以下内容：测定工程结构在实际工
作时的振动水平(位移、速度、加速度幅值)及性状（波形、 频率结构）。例如厂房结构在动力机器作用下的振动，桥 梁在运动荷载作用下的振动，地震时建筑结构和地面的振 动响应(强震观测)等。分析研究这些资料数据，可以用来 评价结构的工作是否正常、安全，薄弱环节在何处，结合 结构的动力性能，进一步提出结构整治方案。 • (4)模拟地震振动台试验。 • 地震对建筑结构的作用是由于地面运动引起结构水平和竖 向惯性力。通过对振动台输入人造地震波或实测地震波对 结构实施人工地震，可以比较准确地模拟结构的地震响应。 由于台面尺寸、台面承载能力等因素的限制，振动台模拟 地震试验目前还存在一定的局限性，主要用于模型的模拟 地震试验，但这种试验对揭示结构的抗震性能和地震破坏 机理仍然是一种比较直观可靠的研究方法。
D 1 ln ak
2 n akn
自由振动法一般只能测到少数的低阶固有频率，但对某些特 殊结构，只要冲击激励位置与传感器安装位置选择恰当，也 可以激发出并测到较多阶的固有频率。最典型的是拉索的所 力测试，将传感器安装在力索端部不远处，并在离传感器一 定距离的位置敲击，采集索自由振动的曲线，可以获得不错 的测试效果，下图某桥斜拉索测得的振动功率谱曲线图。
• (6) 近海结构物设计中需要解决海浪拍击、风暴、 浮冰冲击等引起的振动问题。
• (7) 军事上需要研究建筑物的抗爆问题，研究如何 抵抗穿甲弹的破坏、如何抵抗核爆炸等所产生的 冲击波对结构的影响等。
结构动载试验几项基本内容
• (1) 结构动力特性测试 • 结构的动力特性包括结构的自振频率、阻尼、振型等参数。
• 幅值范围(动态范围)，灵敏度保持在误差范围(5 ％～10％)时的输入加速度幅值量级范围称为幅值 范围，也就是传感器保持线性的最大可测范围。
动力特性测试
• 自由振动法 • 自由振动法是使结构产生自由振动（给结构以初
速度或初位移），通过振动测试仪器记录下衰减 的自由振动曲线，由此计算结构的基本频率和阻 尼系数。 • 由实测自由振动曲线上，可以根据时间信号直接 测量出基本频率。阻尼比D的计算公式为
• 环境激励（脉动法）：利用环境振动对结 构产生的激励，可以用于结构动力特性测 试，包括固有频率、振型、阻尼比。
振动测量系统
• 振动传感器→放大器→动态数据采集仪→ 记录、分析、显示（电脑）
• 振动传感器：相对式（需要基准）、绝对 式（惯性式，普遍采用）
• 惯性式传感器的力学原理
x X0 sin t
180
相频特性曲线
加速度传感器的幅频特性
• 当/n<<1，D<1时
2
n
1
n
2
2
2D
n
2
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加速度计幅频特性曲线
磁电式速度传感器
磁电式速度传感器的主要技术指标
• 灵敏度，振动方向感受到单位振动速度时， 传感器的输出电压[mV／(cm·s-1)]。