振动测试在结构检测中的应用
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ｃｈｌ
ＥＵ：ｍ／ＳｔＳ
３１．０９００
ｍＶ，ＥＵ ｃｈＯｌ
图３
传感器东西向放置时各点的采样时程曲线图
２５２
第十届全国建设工程无损检测技术学术会议论文
２００８年
图４
传感器南北向放置时各点的采样时程曲线图
图５ 扭转测试采样时程曲线图 对图３～图５的各点采样时程曲线的分析可以看出，所测数据的均值平稳，波形峰谷变 化比较均匀，具有明显的周期性。通过对各次所采数据进行统计特性分析，发现各次数据中 各块的均值和方差都比较接近，说明所采的数据具有良好的平稳性，可以认为是平稳的随机
２．有限元模型分析
采用有限元方法建立该生产厂房的有限元模型并进行计算，以便和实测动力特性数据 作出对比。该生产厂房为三层钢筋混凝土框架，长４８ｍ，宽１５ｍ，建筑高度为１４．９ｍ，利用 有限元软件ＡＮＳＹＳ建立该厂房的三维有限元模型，对所建有限元模型进行模态分析，得出厂
房结构的动力特性计算结果，建立的有限元模型见图６所示，计算结果见表２所示。
１．２、数据采集
图２为结构动力特性测试试验原理及流程图，按图２所示，对所布置的测点进行数据 采集。现场测试时，首先在采样前，对连续信号用低通滤波器滤波，使不需要的高频成分去 掉，然后再采样并作数据处理。采样时。使采样频率五≥２．５６‘（‘是原始信号的截断频率），
作者简介：冷波（１９７６．０３一）・男．工程师．单位地址：江苏省南京市红山路１０７号．Ｅ一略ｉｌ：！塑吐型２塑！；！：！塑
０．前言
结构自振频率是结构的动力特性之一。结构自振频率反映了建筑结构整体刚度情况， 爆炸、地震等突发灾难造成建筑结构的损坏，使结构刚度发生变化，通过对建筑物的结构自 振频率、振型等动力特性测试、分析，可对建筑物在爆炸、地震等突发灾难作用后的结构整 体安全性作用快速的评估。 某化工厂一生产车间发生爆炸，并对厂区内其它生产车间产生明显的影响，本文采用 基于环境激励的振动测试方法对其中一受爆炸影响的生产车间的动力特性进行测试，并对振 动测试数据进行频谱分析，得到经爆炸影响后的厂房的动力特性。然后采用有限元软件 ＡＮＳＹＳ依据设计图纸建立某化工厂生产厂房在无损状态下的三维有限元模型。利用有限元 模型对厂房在无损状态下的动力特性进行数值模拟分析。通过对比有限元模型计算的动力特 性和通过实测数据分析得到的动力特性，考察了爆炸作用对厂房整体刚度的影响，研究振动 测试在结构检测中的应用。
１．结构在环境激励下的动力特性测试
本次动力特性现场测试时采用了南京安正软件工程有限责任公司的ＣＲＡＳ振动及动态信 号采集分析系统，采用基于环境激励的方法测试该生产厂房的动力特性。环境激励法是利用 结构物所处环境的地面脉动引起结构物产生的微小振动，来检测和分析结构的动力特性，对 结构没有损伤。 １．１、测点布置 振动信号的拾取需要通过传感器的布点来实现，因此必须合理有效的布置好传感器才能使测 试的信号得到预期的效果。传感器安装时必须保持与测量方向一致，每次测量，各测点的测 量方向相同：传感器安设时底部与测点面固结并保持水平，测试过程中应注意防止振动或人 为干扰。电缆采用双屏蔽技术，以防止外部电磁干扰和通道间干扰。针对该厂房的特点及现 场实际情况，测试水平方向振动（结构平移振动）的现场传感器采用在每一层及层顶相同位 置处布置一个传感器，共４个传感器，首先测试横向振动，测完以后转动９０。测试纵向振 动。扭转测点布置设置在建筑物的三层楼面共４个传感器，其平面布置位置如图ｌ所示：
２００８年
表ｌ
测试方向 振型描述 一阶弯曲 东西向 二阶弯曲 三阶弯曲 一阶弯曲 南北向 二阶弯曲 三阶弯曲 东西向 一阶扭转 二阶扭转
生产厂房的频率阻尼测试结果
频率（Ｈｚ）
２．０５ ５．８０ １０．９５ １．９５ ６．１０ １０．６０ ２．０５ ６．４０
阻尼（％）
０．４６
０．３１ Ｏ．２ｌ ０．９３ ０．４８ ０．２０ １．３４ Ｏ．５８
图１现场测试测点布置图
Ｉ结构激励信号
Ｉ［＝０，ｌ低频加速度传感器
ｌ匕＝≯ｆ信号过滤器
目Ｉ信号放大器
Ｉ
８
图２
动力特性测试原理及流程图
１．３、数据分析 该生产厂房传感器沿东西向放置时的参考点与其他各点测试时的采样时程曲线图如图 ３所示，沿南北方向放置时的参考点与其他各点测试时的采样时程曲线图如图４所示，扭转 测试采样肘程曲线图５所示。通过对各次所采得的数据进行比较和分析，选取较为平稳、可 靠的数据作为结构动力特性分析的数据。
图６
序号
ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７
生产厂房有限元模型
计算频率（Ｈｚ）
１．８９ ６．０６ １０．５５ １．９０ ６．５４ ９．７８ ２．１２
表２产厂房有限元模型计算结果
振型描述 东西向一阶弯曲 东西向二阶弯曲 东西向三阶弯曲 东西向一阶弯曲 东西向二阶弯曲 东西向三阶弯曲 一阶扭转
３．动力测试结果分析
第十届全国建设工程无损检测技术学术会议论文
２００８年
振动测试在结构检测中的应用
冷波 孙正华
（扛苏省建筑工程质量检测中心有限公司南京２１００２８）
摘要：本文采用基于环境激励的振动测试方法对经过爆炸作用影响后的厂房进行动力特性测试，并对振 动测试数据进行频谱分析，得到经爆炸影响后的厂房的动力特性。然后采用有限元软件ＡＮＳＹＳ依据设计 图纸建立某化工厂生产厂房在无损状态下的三维有限元模型，利用有限元模型对厂房在无损状态下的动力 特性进行数值模拟分析。通过对比有限元模型计算的动力特性和通过实测数据分析得到的动力特性，考察 了爆炸作用对厂房整体刚度的影响，对厂房在爆炸作用后的结构整体安全性进行了初步的评估，为爆炸后 厂房及时恢复生产提供了科学依据。 关键词：结构动力特性：振动测试：结构自振频率；爆炸作用
２பைடு நூலகம்ｌ
第十届拿罔建设Ｔ程无损检测技术学术会议论文
２００８年
在此条件下，采样后的离散信号可以唯一确定原始连续信号。根据对结构动力特性的预估， 该厂房环境激励测试时原始信号采样频率取为５１．２Ｈｚ，主要分析结构的前儿阶频率和振型。
口北
●平移振动测点布置 ｏ
Ｙ向扭转测点布置
圈日巨回日匝圣］＝阐 圈一匝固一园
励下建筑物的结构自振频率等动力特性检测、分析，可对建筑物在爆炸、地震等突发灾难作
用后的结构完整性和安全性作出快速的评估。 参考文献
［１］中国工程建设标准化协会建筑振动专业委员会编著《建筑振动工程手册》． ［２］中国人民共和国行业标准＜建筑抗震试验方法规程》．
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过程。结构自振频率的识别可依据结构响应的自功率谱。通过对各测点的自功率谱、各测点
与参考点的互功率谱分析，并利用ＭａＣｒａｓ对测试数据的频响函数集总平均曲线获得初始估 计频率值，然后进行曲线拟合，测量方向和约束方程处理，得到该生产厂房的前三阶频率、 阻尼及振型，测试结果见表１所示。
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第｜届全国建设工程无损检测技术学术会议论文
对比实测动力特性和有限元计算动力特性，两者相差较小，可见该厂房结构整体刚度 并未产生明显降低，结构整体完整性和安全性未受爆炸作用影响，为爆炸发生后该生产厂房
及时恢复生产提供了科学依据。
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第十届全国建设工程无损检测技术学术会议论文
２００８年
４．结语
（１）基于环境激励的振动｛９１｜１试方法不需要激振设备，它是利用结构物所处环境的地面 脉动引起结构物产生的微小振动，来检测和分析结构的动力特性，对结构没有损伤。 （２）结构自振频率是结构的固有特性，反映了建筑结构整体刚度情况，通过对环境激
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传感器东西向放置时各点的采样时程曲线图
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２００８年
图４
传感器南北向放置时各点的采样时程曲线图
图５ 扭转测试采样时程曲线图 对图３～图５的各点采样时程曲线的分析可以看出，所测数据的均值平稳，波形峰谷变 化比较均匀，具有明显的周期性。通过对各次所采数据进行统计特性分析，发现各次数据中 各块的均值和方差都比较接近，说明所采的数据具有良好的平稳性，可以认为是平稳的随机
２．有限元模型分析
采用有限元方法建立该生产厂房的有限元模型并进行计算，以便和实测动力特性数据 作出对比。该生产厂房为三层钢筋混凝土框架，长４８ｍ，宽１５ｍ，建筑高度为１４．９ｍ，利用 有限元软件ＡＮＳＹＳ建立该厂房的三维有限元模型，对所建有限元模型进行模态分析，得出厂
房结构的动力特性计算结果，建立的有限元模型见图６所示，计算结果见表２所示。
１．２、数据采集
图２为结构动力特性测试试验原理及流程图，按图２所示，对所布置的测点进行数据 采集。现场测试时，首先在采样前，对连续信号用低通滤波器滤波，使不需要的高频成分去 掉，然后再采样并作数据处理。采样时。使采样频率五≥２．５６‘（‘是原始信号的截断频率），
作者简介：冷波（１９７６．０３一）・男．工程师．单位地址：江苏省南京市红山路１０７号．Ｅ一略ｉｌ：！塑吐型２塑！；！：！塑
０．前言
结构自振频率是结构的动力特性之一。结构自振频率反映了建筑结构整体刚度情况， 爆炸、地震等突发灾难造成建筑结构的损坏，使结构刚度发生变化，通过对建筑物的结构自 振频率、振型等动力特性测试、分析，可对建筑物在爆炸、地震等突发灾难作用后的结构整 体安全性作用快速的评估。 某化工厂一生产车间发生爆炸，并对厂区内其它生产车间产生明显的影响，本文采用 基于环境激励的振动测试方法对其中一受爆炸影响的生产车间的动力特性进行测试，并对振 动测试数据进行频谱分析，得到经爆炸影响后的厂房的动力特性。然后采用有限元软件 ＡＮＳＹＳ依据设计图纸建立某化工厂生产厂房在无损状态下的三维有限元模型。利用有限元 模型对厂房在无损状态下的动力特性进行数值模拟分析。通过对比有限元模型计算的动力特 性和通过实测数据分析得到的动力特性，考察了爆炸作用对厂房整体刚度的影响，研究振动 测试在结构检测中的应用。
１．结构在环境激励下的动力特性测试
本次动力特性现场测试时采用了南京安正软件工程有限责任公司的ＣＲＡＳ振动及动态信 号采集分析系统，采用基于环境激励的方法测试该生产厂房的动力特性。环境激励法是利用 结构物所处环境的地面脉动引起结构物产生的微小振动，来检测和分析结构的动力特性，对 结构没有损伤。 １．１、测点布置 振动信号的拾取需要通过传感器的布点来实现，因此必须合理有效的布置好传感器才能使测 试的信号得到预期的效果。传感器安装时必须保持与测量方向一致，每次测量，各测点的测 量方向相同：传感器安设时底部与测点面固结并保持水平，测试过程中应注意防止振动或人 为干扰。电缆采用双屏蔽技术，以防止外部电磁干扰和通道间干扰。针对该厂房的特点及现 场实际情况，测试水平方向振动（结构平移振动）的现场传感器采用在每一层及层顶相同位 置处布置一个传感器，共４个传感器，首先测试横向振动，测完以后转动９０。测试纵向振 动。扭转测点布置设置在建筑物的三层楼面共４个传感器，其平面布置位置如图ｌ所示：
２００８年
表ｌ
测试方向 振型描述 一阶弯曲 东西向 二阶弯曲 三阶弯曲 一阶弯曲 南北向 二阶弯曲 三阶弯曲 东西向 一阶扭转 二阶扭转
生产厂房的频率阻尼测试结果
频率（Ｈｚ）
２．０５ ５．８０ １０．９５ １．９５ ６．１０ １０．６０ ２．０５ ６．４０
阻尼（％）
０．４６
０．３１ Ｏ．２ｌ ０．９３ ０．４８ ０．２０ １．３４ Ｏ．５８
图１现场测试测点布置图
Ｉ结构激励信号
Ｉ［＝０，ｌ低频加速度传感器
ｌ匕＝≯ｆ信号过滤器
目Ｉ信号放大器
Ｉ
８
图２
动力特性测试原理及流程图
１．３、数据分析 该生产厂房传感器沿东西向放置时的参考点与其他各点测试时的采样时程曲线图如图 ３所示，沿南北方向放置时的参考点与其他各点测试时的采样时程曲线图如图４所示，扭转 测试采样肘程曲线图５所示。通过对各次所采得的数据进行比较和分析，选取较为平稳、可 靠的数据作为结构动力特性分析的数据。
图６
序号
ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７
生产厂房有限元模型
计算频率（Ｈｚ）
１．８９ ６．０６ １０．５５ １．９０ ６．５４ ９．７８ ２．１２
表２产厂房有限元模型计算结果
振型描述 东西向一阶弯曲 东西向二阶弯曲 东西向三阶弯曲 东西向一阶弯曲 东西向二阶弯曲 东西向三阶弯曲 一阶扭转
３．动力测试结果分析
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振动测试在结构检测中的应用
冷波 孙正华
（扛苏省建筑工程质量检测中心有限公司南京２１００２８）
摘要：本文采用基于环境激励的振动测试方法对经过爆炸作用影响后的厂房进行动力特性测试，并对振 动测试数据进行频谱分析，得到经爆炸影响后的厂房的动力特性。然后采用有限元软件ＡＮＳＹＳ依据设计 图纸建立某化工厂生产厂房在无损状态下的三维有限元模型，利用有限元模型对厂房在无损状态下的动力 特性进行数值模拟分析。通过对比有限元模型计算的动力特性和通过实测数据分析得到的动力特性，考察 了爆炸作用对厂房整体刚度的影响，对厂房在爆炸作用后的结构整体安全性进行了初步的评估，为爆炸后 厂房及时恢复生产提供了科学依据。 关键词：结构动力特性：振动测试：结构自振频率；爆炸作用
２பைடு நூலகம்ｌ
第十届拿罔建设Ｔ程无损检测技术学术会议论文
２００８年
在此条件下，采样后的离散信号可以唯一确定原始连续信号。根据对结构动力特性的预估， 该厂房环境激励测试时原始信号采样频率取为５１．２Ｈｚ，主要分析结构的前儿阶频率和振型。
口北
●平移振动测点布置 ｏ
Ｙ向扭转测点布置
圈日巨回日匝圣］＝阐 圈一匝固一园
励下建筑物的结构自振频率等动力特性检测、分析，可对建筑物在爆炸、地震等突发灾难作
用后的结构完整性和安全性作出快速的评估。 参考文献
［１］中国工程建设标准化协会建筑振动专业委员会编著《建筑振动工程手册》． ［２］中国人民共和国行业标准＜建筑抗震试验方法规程》．
２５５
过程。结构自振频率的识别可依据结构响应的自功率谱。通过对各测点的自功率谱、各测点
与参考点的互功率谱分析，并利用ＭａＣｒａｓ对测试数据的频响函数集总平均曲线获得初始估 计频率值，然后进行曲线拟合，测量方向和约束方程处理，得到该生产厂房的前三阶频率、 阻尼及振型，测试结果见表１所示。
２５３
第｜届全国建设工程无损检测技术学术会议论文
对比实测动力特性和有限元计算动力特性，两者相差较小，可见该厂房结构整体刚度 并未产生明显降低，结构整体完整性和安全性未受爆炸作用影响，为爆炸发生后该生产厂房
及时恢复生产提供了科学依据。
２５４
第十届全国建设工程无损检测技术学术会议论文
２００８年
４．结语
（１）基于环境激励的振动｛９１｜１试方法不需要激振设备，它是利用结构物所处环境的地面 脉动引起结构物产生的微小振动，来检测和分析结构的动力特性，对结构没有损伤。 （２）结构自振频率是结构的固有特性，反映了建筑结构整体刚度情况，通过对环境激