土木工程振动测试

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通过分析实测振动波形,按照不同振源引起不同强迫振动的特点,间接判定振源性 质,以此作为主振源探测的依据。
其难度在于它是实测动荷载特性,而不是实测结构在此动荷载作用下的反
应。为此在实测中往往会存在难以实施直接实测到动荷载特性的问题。在
考虑实测方案时,应十分注意实测的应是动荷载的特性而不是在它作用下
的结构反应。
因此,若需要了解结构在整个服役期内的工作状态,有必要了解 结构在动荷载动荷载作用下的工作性能
概述
• 土木工程中需要解决和研究的动力问题范围很广,归纳起来大致 有以下几方面:
•1、从事抗震理论分析及试验研究,为地震设防和抗震设 计提供依据,提高各 类工程结构的抗震能力。 •2、设计和建筑工业厂房是需要考虑生产过程中产生的振动对厂房结构和构件 的影响。 •3、高层结构与高耸构筑物设计是需要解决风荷载所应起的振动问题。 •4、桥梁设计与建设中需要考虑车辆动荷载对桥梁的振动及危害问题。 •5、海洋采油平台设计中需要解决海浪的冲击等不利因素影响问题。 •6、研究结构的抗爆问题。 •7、周围环境的随机振动
• 结构疲劳试验机主要是用来对结构做正弦波形荷载的疲劳试 验。当脉动量调至零时也可用来对结构做静载试验或长期荷载试 验等。 • 它主要由控制系统、脉动发生系统和脉动千斤顶组成。
五、电液伺服加载系统
•1、主要构成 •控制系统 •信号源:给定振幅和频率 • 电脑控制系统:对参数进行设置、反馈和处理 • 电液伺服阀: 电信号与液压转换装置 •执行系统 •泵站系统:高压油泵、供油管路 •作动器(台面) :力或位移输出装置(双向千斤顶) •冷却系统 :水冷、风冷
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结构动力试验
3、结构动力特性试验
(1)结构动力特性试验内容 试验测定内容包括:自振频率、 阻尼系数、振型等参数。可采用人工 激振法和环境随机振动法。
(2)人工激振法 ① 自由振动 自振频率:通过突然加载或卸载 的方法,使结构受冲击荷载作用而产 生自由振动。通过测取周期,求得自 振频率f=1/T。
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结构动力试验
结构阻尼: ( 2 ln xn )
2
K xnK
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结构动力试验
振型:通过在结构的不同高度布置传感器,根据传感 器测得的同一时刻不同高度处的振幅来确定结构振型。
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测振记录设备
• 1、光线示波器 • 2、X-Y函数记录仪 • 3、磁带记录仪 • 4、动态数据记录系统(计算机)
动态测试系统配套方式
• 目前,整个动态测试仪器系统通常有以下三种测振仪配套方 式,
概述
动力试验通常包括三方面内容:
1. 动荷载特性的测定; (大小、方向、频率、作用规律) 2. 结构自振特性的测定;(自振频率、阻尼、振型) 3. 结构在动荷载作用下的动力反应的测定。(振幅、频率、
振源共同作用;2.只有一个振源,其频率与结构的固有频率相接近。 f.随机振动波,如地震。
2、结构动力荷载特性试验
(1)结构动力荷载试验测定内容 试验测定内容包括:作用力的大小、作用力的方向、作用力的频率、作用规律等。
(2)主振源探测
主振源可通过试验方法探测:当有多台振动机械设备时,可逐个开动,通过观察每 个振源影响下的振动情况找出主振源。
• 电阻应变式加速度传感器:内部有微型的梁结构,应变片贴在梁结构上一般用 全桥桥路接法。梁的一段配有质量块。在配合气体或者液体阻尼,在加速度变 化时,质量块受力=MA。梁产生变形,质量一定,梁的变形(基应变片变形) 正比于加速度。从而通过应变测得加速度度。
四、测振放大器
•测振放大器除了有放大(或衰减)功能外,还有模拟运算的功能。 •1、电压放大器:磁电式的拾振器的输出电动势与被测振动体的振动速度成正 比,使用微分电路则可获得加速度信号;使用积分电路则可获得位移信号。对 于磁电式拾振器,由于其产生电压量,采用电压放大器。
概述
动力作用的主要特点:作用及作用效应随时间发生变化。因此 考虑动力荷载作用下结构的性能,不仅考虑荷载作用的大小和 位置,还应考虑荷载作用的时间及结构响应随时间变化的关系。
例如:地震发生时由于地面的运动引起建筑物的振动而造成建 筑物的破坏;汽车或列车高速驶过桥梁,所造成的振动引 起的桥梁的破坏;往复运动造成结构的疲劳破坏;风作用 而引起的桥梁破坏。
• ③ 动荷载所产生的动力效应有时远大于相应的静力效应,甚至一个并不 大的动荷载即可导致结构严重破坏。这也是我们重视研究动荷载及其特性的 意义所在。此外,在对结构进行动力分析和抗振、隔振(震)设计时,必须 掌握动荷载的特性。
各种典型的震源
a.间歇型阻尼振动。有明显尖峰和衰减特点,说明是撞击振源引起; b.周期性简谐振动。转速恒定的机器运转引起; c.两个频率相差两倍的简谐振源引起的合成振动波形; d.三个不同频率的简谐振源引起的合成波; e.振幅周期性的由大变小,又由小变大。有两种可能:1.两个频率相近的简谐
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结构动力试验
(3)结构动力荷载特性试验方法 直接测定法:通过测定动荷载本身的参数来确定其性 质。 间接测定法:将动力机器安装在专用弹性结构上,下 部为刚性支座,通过测试机器静止和工作两种状态下, 弹性结构的动力特性,间接得出机器造成的振动荷载特 性。 比较测定法:比较振源的承载结构在已知动荷载作用 下的振动情况和待测振源作用下的振动情况,比较得出 荷载特性数据。
一、惯性力加载
•原理:利用运动物体质量的惯性力,对结构施加动荷 载。按惯性力的方法可分为:冲击力、离心力及直线位 移惯性力加载等。
•1、冲击荷载:作用时间短,可用于测定试件在冲击荷 载作用下的承载能力及抗裂性能,也用于结构自振特性 的测试。
•突加荷载:水平加载、垂直加载
•突卸荷载:使结构产生一初始位移,然后突然卸载, 使结构自由振动。
动载试验量测仪器
• 要获取动参数 ,无疑需要通过测振仪器来测取。为此, 了解测振仪器的基本原理、性能及正确使用方法是进行动 力试验的重要环节和重要前提。 • 动参数的测量方法有几种不同的方式,如机械式仪表 测量,光学式仪表测量以及电测量方式。目前多以电测量 方式为主,并向着高精度和自动化方向发展。
动载试验量测仪器
• 动力试验测振仪器系统由三部分组成:
• 1、测振传感器:包含位移、速度、加速度、应变、温度。
• 2、测振放大器:电荷放大器、电压放大器、

电阻应变仪等。
• 3、测振记录、显示系统。
测振传感器
测振放大器
测振记录仪
惯性式测振传感器
• 惯性式测振传感器是实测中应用最多的一种传感器。 • 惯性式测振传感器的力学原理:要测振动,则要找 一个“不动点”。其构成方法是在仪器内部设置“质量 -弹簧-阻尼”系统。这即所谓的惯性式测振传感器。
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结构动力试验
(3)环境随机振动法 建筑物的脉动源与地面脉动、风或气压变化有关,尤其受车辆、 机器设备等扰动和附近地壳内部小裂缝及远地震影响显著,其脉动 周期为0.1~2.0s。 假设脉动源的振动过程为X(w),结构本身称为系统H(iw),当脉 动源作用于系统后,结构在外部激励下将产生建筑脉动响应Y(w)。
三、液压振动台
• 液压振动台主要用于模拟地震波振动台试验。模拟地震振动台 主要有单向、双向及三向运动方式。在各种结构模型动力试验中, 模拟地震振动台是最理想的结构抗震试验设备。由于其在结构模 型试验中,可以直接测区结构模型在地震波作用下的加速度、速 度、位移及应变反应,因此更接近实际。
四、结构疲劳试验机
惯性式测振传感器分类
• 磁电式速度传感器:这是以惯性式拾振器力学模型为基础,以导线在磁场中运 动而切割磁力线产生感应电动势为换能原理的磁电式拾振器。
•压电式加速度传感器: 它是以惯性式拾振器力学模型为基础,以压电晶体的压 电效应为换能原理的压电式拾振器。所谓“压电效应”是指压电晶体在受到机械 作用力时而发生变形,其表面产生电荷。 所受到的机械作用力越大,则产生的电 荷越多,而当作用力去掉后,晶体又回到原来不带电的状态。
•2、电荷放大器:压电式加速度拾振器输出的电荷与被测振动体的加速度成正 比,使用积分电路可获得速度信号,再使用一次积分电路则可获得位移信号。 对于压电式加速度计,由于其产生电荷量,所以采用电荷放大器。
•3、动态电阻应变仪:动态电阻应变仪主要用来测量数值或方向随时间而变化 的应变,即动应变。由于动态应变仪是用桥盒的形式引接应变式传感器的电阻 应变片来组成惠斯顿电桥(其原理与静态电阻应变仪一样),所以,它的前端 传感器,一定要为应变式的传感器。
一、惯性力加载
•2、离心力加载:根据旋转质量产生离心力的原理对结构施加简谐 振动荷载。 •偏心式激振器: •优点:激振力范围大,可达几牛至几兆牛。 •缺点:频率范围较小,一般在100HZ以内。它输出的激振力与旋 转频率的平方成正比,因此,它在低频时激振力不大。
二、电磁加载
• 它是一种顶杆式的电磁激振器,与信号发生器(通常为低频信号 发生器)和功率放大器配合使用,电磁激振器体积小,使用方便。 •电磁式激振器: • 优点:激振力为几百N至几十KN,振幅为0~±10MM,频率范围为 0~200HZ。可以产生各种波形的激振力。 • 缺点为:激振力不大,只适合用于小型结构或小模型试验。
结构动力试验
② 强迫振动 自振频率:当结构产生共振时,振幅出现最大值,此时激振频率 即为结构自振频率。 利用激振器可以连续改变激振频率的特点,可求得多自由度体系 的自振频率。
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结构动力试验
结构阻尼:
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振型:通过在结构的不同高度布置传感器,根据传感 器测得的同一时刻不同高度处的振幅来确定结构振型。强 迫振动法可测得结构的各阶振型,当测量高阶结构振型时, 应布置足够多的传感器。
测振仪器的性能指标
•由于测量目的和试验对象的不同,对测振仪器的性能指标也将 提出不同的要求 。 •(1)灵敏度:是指输出信号与输人信号之比。 •(2)频率范围:是指在灵敏度为一常量或不超过某一允许值时, 所对应的仪器可使用的频率范围。 •(3)动态线性范围:是指输出信号与输人信号呈线性关系时, 所对应的输人信号幅值的范围。
工程结构的动载试验
概述
在工程结构所受的荷载中,除了静荷载外,往往还 会受到动荷载(动力作用)的作用。 动荷载:大小、位置和方向随时间变化的荷载。从
动态角度来讲,静荷载只是动荷载的一种特殊形式。
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概述
1940年,美国华盛顿州的塔科 玛 峡 谷 上 花 费 640 万 美 元 , 建 造 了一座主跨度853.4米的悬索桥。 建成4个月后,于同年11月7日碰 到了一场风速为19 米/秒的风。 虽风不算大,但桥却发生了剧烈 的扭曲振动,且振幅越来越大 (接近9米),直到桥面倾斜到 45度左右,使吊杆逐根拉断导致 桥面钢梁折断而塌毁, 坠落到峡 谷之中。
速度、加速度、动应变、动应力)
三个内容各有不同的动参数。本节阐明它们各自 不同的动参数测量的方法及手段。
• 1、动荷载的特点:
这里研究的对象即动荷载,它与静荷载有着明显的区别、有其自身的特点:
• ① 动荷载的大小、方向(位置)、作用规律等都是随时间的变化而变 化。
• ② 结构的动力反应除了与动荷载的大小有关外,还与结构自身动力特 性密切相关,在同样大小的动荷载作用下,不同的结构自振特性其动力反应 也不同;
概述
• 振源: (1)自然振源:地面脉动、气流所致振动,爆破、
动力设备、运输设备、起重设备等运行中产生的振 动; (2)人工振源:有目的的激振。

概述
• 如何正确模拟结构所受的动力荷载,是结构动载试验首先 要解决的问题。 •加载方式主要有: •1、惯性力加载: 冲击荷载、离心力荷载(偏心激振器) •2、电磁加载 •3、液压振动台 •4、结构疲劳试验机 •5、电液伺服加载系统
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