第五章工程结构动载试验(NXP).pptx

振动参量量测方法有振动测量法、光学测量法 和电测法等。
电测法将振动参量（位移、速度、加速度）转 换成电量，而后用电子仪器放大、显示或记录。电 测法灵敏度高，且便于遥控、遥测，是目前最常用 的方法。
振动测量系统由拾振器、测振放大器和记录仪 等部分组成。
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5.3.1 测振传感器的力学原理
设被测振动物体规律
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结构工程事故
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结构振动的动荷载是随时间而改变的；
美国塔科马(Tacoma)大桥,1940年毁于风振！
从此将航空风洞技术引入了桥梁工程、建筑工程的应用！
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动荷载产生的动力效应，有时远远大于相应的静力效应； 但有时可能小于相应的静力效应。
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结构在动荷载的作用下的反应与结构本身动力特性有密切 关系；
x X 0 sin t
质量块m的振动微分方程为
m(x xm ) xm kxm 0
上式通解为
xm Bent cos( 2 n2 t ) X m0 sin(t )
其中： 2 k / m 2n / m
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X m0
X
0
n
2
1
n
2 2
2
n
2
X m0 X0
新闻:中国建筑科学研究院 工程抗震研究所承接的中央 电视台新台址CCTV主楼模 拟地震振动台试验项目顺利 完成。 2005.11
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模拟地震振动台系统包括：台面及基础、泵源及油压分 配系统、加振器、模控、数据采集和处理系统；此外还有与 模控及数据采集系统相接的计算机。
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5.3 动载ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ验量测设备
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5.1 概 述
结构动载试验是结构试验工作的一个重要组成 部分。通过动力加载设备直接对结构施加动力荷载， 可以了解结构的动力特性，测试结构在一定动荷载 下的动力反应，评估结构在动荷载作用下的承载力 及疲劳寿命等特性。
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土木工程中需要研究和解决的动力问题包括以下几个方面：
1、抗震理论分析和研究，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。
n
2
1
n
2
2
2
n
2
2
arctg
n
1
n
2
其中：阻尼比
n /n
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1）当 / n 1 ， 1 时
n
2
1
1
n
2
2
2
n
2
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满足此条件的测振 仪称位移计。一般位移 计的体积较大也较重， 使用时对被测系统有一 定影响，特别对于一些 质量较小的振动体不太 适用。
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结构动载试验的基本内容
1、结构动力特性测试 结构的自身动力特性包括结构的自振频率、阻尼、振
型等参数。这些参数决定与结构的形式、刚度、质量分布、 材料特性及构造连接等因素，而与外载无关。结构的动力特 性是进行结构抗震计算、解决工程共振问题及诊断结构累积 损伤的基本依据。
2、动力荷载或振源特性测试 测量引起振动的作用力大小、方向、频率及其规律。
移惯性力加载等。
1、冲击荷载 冲击荷载作用于试件上的时间较短，属于突然加载，
一般用于测定试验在冲击荷载作用下的承载力、抗裂性 能等；也用于测定结构本身的各种动力特性，如固有频 率等。
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突加荷载法（初始速度法） 优点：用较小的荷载可以产生较大的振幅。 缺点：加上的重物随结构一起振动，对结构产生一
电磁式振动台操作方便；振动波形好，频率范围广， 但激振力较小，仅几百N至几十kN。
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5.2.3 液压振动台 液压振动台有单向运动、双向运动和三向运动等几种，
振动台多采用电液伺服系统推动。在各种结构模型（或足 尺）动力试验中，模拟地震振动台是最理想的结构抗震设 备。
振动台实验室位于中国建筑科学研究院 研发基地，建筑面积3300平米，实验室 内拥有全国最大的6m╳6m三向六自由度 大型高性能模拟地震振动台。
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4、结构构件的疲劳试验 确定结构构件在多次重复荷载作用下的疲劳强度。
5、风洞试验 研究结构的风致振动及风振控制。
土木工程结构中遇到的振动形式有些是确定 性振动，但大多数情况则属于随机振动。
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5.2 动载试验荷载模拟技术
5.2.1 惯性力加载 惯性力加载是利用运动物体的惯性力，对结构施加动
荷载。 按产生惯性力的方法可分为冲击力、离心力及直线位
2、设计和建筑工业厂房时要考虑生产过程中产生的振 动对厂房结构或构件的影响。
3、高层建筑和高耸构筑物设计时要解决风荷载所引起 的振动问题。
4、桥梁设计与建设中需要考虑车辆运动对桥梁的振动 及危害问题。
5、海洋采油平台设计中需要解决海浪的冲击对海洋采 油平台等不利影响问题。
6、研究建筑物如何抵抗爆炸等所产生的瞬时冲击荷载 对结构的影响。
机械振动台结构简单，容易产生较大的振动力和振 幅；缺点是频率范围较小，振幅调节比较困难，机械摩 擦影响大，波形失真也大。
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4、落锤式冲击试验机
XJL-300B型落锤式冲击试验机 最大冲击能量：300J 最大冲击高度：2m 锤体质量：0.25-15kg
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5.2.2 电磁加载
通电导体在磁场中，会受到与磁场方向相垂直的作用 力。根据这一原理，在磁场中放入动圈，通以交变电流， 则可以使固定于动圈上的顶杆等部件往复运动，产生动载。 目前常见的电磁加载设备为电磁式激振器与振动台。
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3、结构动力反应测试 1）测定实际结构在实际工作时的振动水平（振幅、频
率）及性状，例如： 动力机器作用厂房结构的振动反应 移动荷载作用下桥梁的振动反应 地震时建筑结构的振动反应
2）振动台模型试验。 地震对结构的作用是由于地面运动引起的一种惯性力。 通过振动台对结构输入正弦波或实测地震波，可以较准确 地模拟结构的地震反应。
电磁式激振器 频率范围较宽；重 量轻，控制方便， 按给定信号可产生 各种波形的激振力。 但激振力不大，仅 适用于小型结构或 小模型试验。
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电磁式振动台 是利用电磁式激振 器来推动一个活动 台面构成的。但由 于振动台的激振器 输入励磁线圈和活 动线圈的电流都比 较大，工作时间长 了易发热，故附有 冷却系统。
定影响；重物落下时的撞击也会引起结构的局部破坏。
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突卸荷载法（初始位移法）
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2、离心力加载 离心力加载是根据旋转质量产生离心力的原理对结构施
加简谐振动。
(b) (a)
(c)
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3、曲柄连杆式机械振动台
曲柄连杆 带动台面作水 平振动，台面 振幅由偏心距 e 的大小调节， 台面振动频率 由变速箱调整， 因而振动台的 台幅与频率变 化无关。