动载试验

§5-2
结构动力特性的测定
3.脉动法测量结构动力特性的分析方法：
(2)频谱分析法： a.结构物脉动记录可以看成是各种频率谐量 的合成结果(即结构振动时不只是以单一的频率 振动) b. 每一种频率引起的结构振幅是不相同的 c. 建筑物固有频率的谐量和脉动源频率处的 谐量为起主要成分。 d.用傅立叶变化将各种频率的正弦波分离出 来，每一种频率对应一个振幅(时域信号A-t 频域信号A-)，对应振幅最大的频率即为结构 的自振频率。
实验报告中出现的问题
实验一：粘贴应变片的基本原则——共同变形 实验二： 1．基本原理：结构变形(应变)—应变片电阻变 化—桥路平衡被破坏—桥输出电压—应变 2．适用范围： 1/4桥—最基本的测量桥路 半桥—消除轴向应变、考虑横向变形、试件温 度与环境温度不一致，制作传感器。 全桥全臂—灵敏度最高，制作传感器。 全桥双臂—消除弯矩产生的应变，制作传感器。
§5-2
结构动力特性的测定
加载方法：人工激振(自由和强迫)，脉动 一、结构动力特性的定义及其实际作用： 1.定义：结构动力特性是结构本身固有的动态 参数，包括固有频率、振型和阻尼系数等，它 们取决于结构的组成形式、刚度、质量分布、 材料形式等，与外荷载无关。
2.测定结构动力特性的实际作用： (1)在结构抗震设计时确定地震作用的大小； (2)避免动荷载使结构产生自振或拍振； (3)为检测、诊断结构的损伤积累提供资料 和数据(刚度—阻尼比 、固有频率)。
75 .
1 00 .
1 25 . Hz
§5-2
结构动力特性的测定
3.脉动法测量结构动力特性的分析方法： (1)主谐量法： 建筑物固有频率的谐量是脉动里的主要成分， 当脉动信号频率与结构自振频率接近时信号被 放大，因此在脉动图上，凡是振幅最大，波形 最光滑的地方总是多次重复出现，如果建筑物 各部位各有同一频率处的相位和振幅符合振型 规律，该频率即为建筑物的固有频率。
实验三中出现的问题
周三下午、周四上午13、14组应变数据错误 第10点
荷载 (kN)
9 10 10 0 0 40 72 14 70 143 29 100 215 44 10 0 0 40 71 14 70 144 29 100 217 44
修正系数应为1，实际为0.2，将10点所有数 据扩大五倍。
实验三中出现的问题
周一上午挠度数据错误 第 9点
荷载 (kN)
10 40 70 100 10 40 70 100
原值 0.78 -9.89 -9.19 -8.69 0.68 -9.89 -9.24 -8.78
修改 10.78 9.89 9.19 8.69 10.68 9.89 9.24 8.78 值
23 : 47 : 35 hm : n i : s
FFT傅立叶变换后(2048点,50Hz)
自 贡 十 字 口 26 . 5 m简 支 自 振 频 谱 图 . 15
. 11
F 1= 5 2 .0 Hz
. 07
. 04
F 2= 13 2 .2 Hz
. 00 2 . 5
Y /t C ha rt0
5 . 0
概述
三、结构动力试验的操作程序步骤： 1.估计需要测量的振动类型(周期性、随机、冲 击、瞬变) 、振动频率和振级； 2.确定测试参数和记录分析方式； 3.选择合适的测振传感器类型，记录环境条件； 4.正确选择量测仪器的上、下限频率； 5.标定量测仪器； 6.确定测振传感器最理想的安装方式(消除寄生 振动)； 7.确定荷载行程的水平情况，确定荷载的行驶 速度和通过建筑物某指定地点的时间和方法。
第五章
• §5-2 • §5-3 • §5-4 • §5-5 • §5-6 • §5-7
结构动力试验
概述 动力荷载特性试验 结构动力特性检测 结构动力反应检测 结构疲劳检测 结构风洞试验 结构抗震试验
• §5-1
§5-1
概述
一、结构动力荷载的类型
1. 动力机器作用下的厂房结构振动 2. 在车辆移动荷载作用下的桥梁振动 3. 地震作用时对工程结构所产生的振动反应 4. 在风荷载作用下高层建筑、高耸构筑物(电视 塔、输电铁塔、斜拉桥和悬索桥的索塔)及大 跨度桥梁所引起的风振反应 5. 大雨对斜拉桥的斜拉索产生的雨振对索塔的 振动反应 6. 爆炸产生的瞬间冲击荷载对结构引起的振动 影响
§5-2
结构动力特性的测定
二、结构自振频率的测量： 1.自由振动法： 加载方法：初位移加载法，初速度加载法 测量方法：将测振传感器布置在结构可能产 生最大振幅的部位，记录结构的有阻尼自由振 动曲线。只能测定结构的一阶频率。多取几个 波形
T
nT
§5-2
结构动力特性的测定
二、结构自振频率的测量： 2.强迫振动法： 加载方法：用激振设备使结构产生共振。 测量方法：将激振器及测振传感器安装在结 构上，将激振器的转速由低到高连续变换(频率 扫描)，在达到一定频率时结构产生共振，该频 率即为结构的自振频率。
2．实测材料强度 混凝土强度：Ｃ45 按表11-1中的标准强度计算 钢筋屈服强度： 12—380MPa 14—400MPa 3．开裂荷载：截面转换 弹性模量降低一半 4．加载级别：计算具体数值，取整数 5．测点布置：应变及挠度的具体位置、数 量， 绘制测点布置图。 6．13周提交实验方案(回弹实验)
R e co rde r0
01 5 :25 :5
R e co rde r1
01 5 :30 :0
01 5 :30 :5
01 5 :31 :0
01 5 :31 :5
01 5 :32 :0
01 5 :32 :5
01 5 :33 :0 hm : n i : s
R e co rde r2
§5-2
结构动力特性的测定
1 2 3
4 5 6 1 2 3 -０.3 -０.8 -０.5
A1 A2 A3 A4
/A1=1.0 /A1=0.7 /A1=0.3 /A1=-0.3
A5 /A1=-0.8 A6 /A1=-0.5
+０.7 +０.3 4 5
6
振型测试中要考虑和注意的问题： 1.通过调节激振器的频率使结构达到各阶频率的 共振，可测得各阶振型。自由振动通常只能测得 基频及第一主振型。 2.先估计结构的大致振型，将激振器布置在振型 曲线上位移较大的部位，节点处不能布置激振器 (在试验前要事先先估计结构的大致振型)。
§5-1
概述
二、结构动力试验的内容 1. 测定动力荷载或振源的特性 引起振动的作用力的大小、作用方向、作用 频率及其规律 2. 测定结构动力特性 结构的自振频率、阻尼和振型 3. 测定结构在动力荷载作用下的反应 位移、速度、加速度、动应变、动力系数 4. 测定结构在疲劳荷载作用下的反应 疲劳强度
§5-1
三、结构阻尼系数的测量： 1.自由振动法：
x
xn
xn+1
t T T
T
T
N时刻的振幅
xn Ae
tn
N＋1时刻的振幅
xn1 Ae tn1
§5-2
结构动力特性的测定
三、结构阻尼系数的测量：
xn Ae ( tn tn1 ) T e e xn1 Ae tn1
A
1
2
3

乐山东风大桥 25k m h /行车时域图 20 0 .0 12 5 .0 50 .0 25 .0 10 0 .0 20 0 .0 12 5 .0 50 .0 25 .0 10 0 .0 20 0 .0 12 5 .0 50 .0 25 .0 10 0 .0 01 5 :25 :0
(5)适用于测量整体结构的动力特性。
§5-2
结构动力特性的测定
2.脉动法测量结构动力特性的要求： (1)要求记录的仪器有足够宽的频带，使所需要 的主要频率分量不失真； (2)脉动记录中不应有规则的干扰或仪器本身带 近来的噪音；—平稳过程 (3)记录时间应足够长，并重复几次(排除偶然 因素)；—各态历经 (4)如果仪器数量不足，可以分多次测量，但应 有一个测点(比较点)保持不动； (5)要有专门的设备进行数据分析及处理(得到 高频振动周期)。
x Ae t sin( ' ) B sin(t )
..
.
自由振动０
强迫振动
x B sin(t )
B
p( t ) / m
2 2
2 2 1 4 2 2 B动 1 ( ) 2 B静 2 2 1 4 2 2 2
实验报告中出现的问题
3．拉应变为正
R1 R2
A R1 Ui B R2 C Uo R4 R3 D Ui B R1 C Uo R4 R2
= -260
仪
A R3 D
=(1+)=260
仪
= - - = -260
仪
《简支钢筋混凝土梁破坏实验》
实验方案及计算分析注意的问题
1．周一：L1 周二：L2 周三：L3 周四：L4
拱圈自振频域图谱
乐山东风大桥自振频谱图 10 .0 7 .5 5 .0 竖向 F1 =3 9 .0 6 Hz
2 .5 竖向 F2 =6 9 .7 0 Hz 0 .0 5 .0 横向 F1 =3 1 .1 3 Hz 3 .8
2 .5
1 .3
0 .0 25 .
Y / tC ha r t 0
50 .
Y / tC ha r t 1
1 2
()
1 1 2 2
1 2
当=0(无阻尼)，=时，产生共振，B 当0(有阻尼)，=时，产生共振，()=1/2
1 1 半功率法：()= 时，对应1及2，则阻尼 2 2
比为：
2 1 2
§5-2
结构动力特性的测定
四、结构振型的测量： 振型：结构按某一固有频率做振动时形成的弹 性曲线。 测量原理：将若干个测振传感器沿结构的高度或 跨度方向连续布置(至少5个)，当结构自由振动 或共振时，同时记录下结构各部位的振动情况， 通过比较各点的振幅和相位，并将各测点同一时 刻的位移值连接成一条曲线，即可得到结构的振 型图。
xn 2 T 对数衰减率： ln ln e T ' 2 xn1 1 xn 阻尼比： 2 ln x n1
tn
阻尼系数：c 2m
(1)实际中取k个周期进行计算：
1 xn ln 2k xn k
(2)实际测试曲线没有零线：
xn
7 . 5
10 . 0
12 . 5Baidu Nhomakorabea
15 . 0
17 . 5
20 . 0
22 . 5 Hz
阻尼比：由分析软件可在图形上得出1 ，并 , 找出0.707倍最大振幅所对应的两个频率 ,, 和 ，即可计算出阻尼比 。
xn+k
T
T
T
T
1 xn 1 xn 2 ln ln 2k xn k k xn k
§5-2
结构动力特性的测定
三、结构阻尼系数的测量： 2.强迫振动法：
m x C x kx p( t )
p( t ) p sin t
.. .
x 2 x 2 x p sint / m
时域图—时程曲线
傅立叶变换 A
1
2
3

频域图—功率谱密度函数
自 贡 十 字 口 26 . 5 m简 支 自 振 时 域 图 1 . 50
. 75
. 00
- . 75
1 . 50 3 : 46 : 35
R ec or de r0
23 : 46 : 50
23 : 47 : 05
23 : 47 : 20
拱圈自振时域图谱(2.5微米)
乐 山 东 风 大 桥 自 振 时 域 图 50 . 25 . 0 .
25 .
50 . 50 .
25 .
0 .
25 .
50 . 0 22 :1 4 :0
R eco r de r0
0 22 :2 3 :0
R eco r de r1
0 22 :3 2 :0
0 22 :4 1 :0 h m : n i : s
3.若测振传感器数量不够，可采用固定一个测点 作比较点，然后将另一个传感器放置在不同的点 上，每放一个测点加载一次，比较该测点与固定 测点的振幅及相位。比较测点不能布置在节点处。
§5-2
结构动力特性的测定
五、脉动法测量结构动力特性： 1.脉动法及其特点： 建筑物由于受外界干扰而处于微小而不规则 的振动中。 (1)振幅小 A<10m (2)不规则 x f(t) (3)频谱丰富 T=0.1~0.8s (4)能明显反映建筑物的固有频率及自振特性。