结构动载试验
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• 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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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。
• 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。
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
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。
• 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
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。
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。
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。
• 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。
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
n
2
2
X m0
n
X0，tg 0
X m0
1
n2
X&&0
X
2
m0 n
X&&0
1
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)]。
动力特性测试
• 自由振动法 • 自由振动法是使结构产ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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。
• 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。
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
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xm Xm0 sin t
Xm0 X0
2
n
1
n
2
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arctg
n
2
1
n
幅频特性曲线
当/n>>1 时 Xm0 1 X0
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。
• 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
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。
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。
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。
• 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。
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
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n
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1
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X
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1
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)]。