结构动载试验与作用

第六章 结构动载试验
此外，结构的自振特性特别是阻尼比是很难用计算 方法确定的。
结构的自振特性除与结构重量及其分布、主体结构的 刚度及其分布有关外，还与非承重构件及其与主体结构 的联结有关。
以上这些都十分复杂。特别是有些计算简图是不明确 的，只有在大量实测的基础上才能提出合理的计算假定、 计算简图及计算方法。
为此，结构自振特性的实测是十分重要和有意义的。
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6.3.1 自由振动法
自由振动法即是借助于外荷载使结构产生一初位 移（或初速度），使结构由于弹性而自由振动起来，由 此记录振动波形，从而获得自振特性的方法。
自由振动法又按如下分类：
自由振动法
突然卸载法（初位移法） 突然加载法（初速度法）
此种方法可分为垂直加载和水平加载两种。
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1）.垂直加载：它是将重物提升到一定的高度，使 重物自由落体到结构或构件上，使结构或构件产生一初
速度而自由振动起来。
一般要求重物的重量不大于试件跨度内结构或构件 自重的0.1%。此外， 为防止重物在结构 上弹跳或砸损结构 或构件，须在结构 或构件上垫上10～ 20㎝砂垫层。并规定落物高度在2.5m以下 。
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2）.水平加载：它是针对质量和刚度不是很大的 结构或构件而言的，可采用撞击的方法，使其自由振 动起来。
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最简单的方法即是利用重锤敲击结构或构件。如空 框架，则可在其顶部敲击 。
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另外，利用反冲击振器的反冲击振器法，也属于初 速度法。它的原理类似于火箭。其底座与结构锚固在一 起。当火药燃烧后，气体膨胀，高压气体由喷嘴高速喷 出。其反作用力给结构一个反冲击力，使结构产生一初 速度，而自由振动 起来。
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(3)当动荷载是一种冲击荷载，如气浪，气流等，可 让传感器直接感受冲击荷载，直接测得其动荷载特性的 相关参数。考虑到冲击荷载的 冲击力，应注意其传感器要有 足够的刚度，以免造成传感器 的损坏或数据失效。
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(4)实测高层建筑的风压，则可在高层建筑物外墙表 面安装风压盒来感受风荷载，从而测得风荷载特性的相 关参数。
结构动力检测主要包括如下三方面的内容： (1)动荷载特性的测定； (2)结构自振特性的测定； (3)结构在动荷载作用下的动力反应的测定。
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6.2 动荷载特性的测定
动荷载特点： （1）它的大小、方向或位置随时间而改变； （2）结构的动力反应与结构自振特性密切相关； （3）动荷载所产生的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就能使结构造成严重的破坏。
动荷载特性包括：动荷载的作用力的大小、方向、 频率及其作用规律等。
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6.2.1常见振源的振动波形 （a）撞击型振动 （b）简谐振动振源 （c）两个频率相
差两倍的简谐振源引起的合成振动 （d）三个不同频率的 简谐振源引起的合成振动（e）呈“拍振”规律是由两个频 率相接近的简谐振源共同作用（f）随机振动
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2. 比较法 需要激振设备且被测振源是可以开启和关闭的。 具体方法是：1）振源打开，记录下振动波形；2）
关闭振源，打开激振设备，调节激振设备使之特性于前 相同。
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6.3 结构自振特性的测定
结构自振特性主要包括三个参数： （1）自振频率（或周期）； （2）阻尼（阻尼比）； （3）振型。
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6.3.2 共振法 共振法即是利用激振设备，对被测结构物
施加一简谐荷载使结构产生一恒定的强迫简谐振 动，借助共振原理来得到结构自振特性的方法。
此激振设备即电磁式激振器和偏心式激 振器。由激振器对结构物施加简谐荷载，并作由 低到高的频率扫描，使被测结构物发生周期性强 迫振动。当激振器的频率由低到高（扫频）时， 即可得到一组振幅与频率的关系曲线。
结构动载试验和作用
所谓动荷载，通俗地讲，即是随时间而变化 的荷载。如冲击荷载、随机荷载（如风荷载、地 震荷载）等。
从动态的角度来讲，静荷载只是荷载随时间 变化得十分缓慢以至它所产生的动力影响微乎其 微的一种特殊形式而已。
第六章 结构动载试验
要寻求结构在任意动荷载作用下随时间而变化的响 应：一是理论计算，二是试验测量。显然试验测量则是 最为直接，最为接近于实际结果的有效方法。
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6.2.2 动荷载特性的测定方法 1 直接法
(1)对于往复式运动部件所产生的惯性力（如牛头刨 床、曲柄连杆机械等）可测得该运动部件的加速度、惯 性力、作用频率及作用规律等。
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(2)对于锚固在结构物上的动力设备，可以将加速度 传感器直接固定在振动设备的振动体下方。使加速度传 感器直接感受振动设备的动荷载，以测得其动荷载特性 的相关参数。
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1. 突然卸载法 此法又称之为初位移法。它是先使结构产
生一初始位移，然后突然卸载，利用结构的弹性 使其自由振动起来的方法。具体做法可有以下几 种。
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(1) 开动绞盘，通过钢丝绳牵拉被测结构物使其产生 一初位移，当拉力足够大时，脆性棒突然拉断，使其突 然卸载，结构由于弹性而自由振动。
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(2)对于小型构件，可采用剪断悬挂质量块的铅丝来 突然卸载，使其自由振动起来。
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(3)在着力点上附加一脆性材料，用千斤顶施加一推 力，当推力使结构达到一定位移时，脆性材料突然断开 而突然卸载，使结构自由振动起来。
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2. 突然加载法
此法又称之为初速度法。它是对被测结构或 构件产生一冲击力，使得结构或构件获得一初速 度而自由振动起来。
结构自振特性是结构自身所固有的属性。它取决于 结构的质量、刚度，仅与结构自身材料的组成有关，与 外荷载无关。
第六章 结构动载试验
实测结构自振特性的意义：
（1）设计受动力作用的结构物时，力图避开共振区， 从而减少动力影响；
（2）如结构必须在共振区工作，则阻尼可以抑制动力 反应；
（3）当用振型分解法计算结构振动时，结构的自振特 性必须预先确定。