第6章土木工程结构动载试验要点解析.ppt

第6章 土木工程结构动载试验 6.1 概述 6.2工程结构动力特性的试验测定 6.3工程结构的动力反应试验测定 6.4工程结构疲劳试验 6.5 试验资料的整理与分析 （1）熟悉结构动力试验常用的荷载模拟技术； （2）熟悉动载试验量测仪器的工作原理及技术指标； （3）掌握结构动力特性的各种测试方法； （4）掌握结构动力反应的各种测试方法； （5）了解地震模拟振动台试验、强震观测和人工爆破模拟地震试验等； （6）了解结构疲劳试验的方法。 工程结构在动荷载下的振动影响问题： 1.实侧工程结构物在实际动荷载下的振动反应(振幅、频率、加速度、动应力等)。通过量测得到的数据和资料，研究由于受振动影响的结构性能是否安全可靠、存在什么问题。 2.采用各种类型的激振手段，对原型结构或模型结构进行动力特性试验。主要测定工程结构的自振频率、阻尼系数和振型等，动力性能参数亦称自振特性参数或振动模态参数。这是研究结构的抗震、抗风性能和能力的基本参数。 3.工程结构或构件(桥梁等)的疲劳试验。研究和实测移动荷载及重复荷载作用下的结构疲劳强度。 6.1 概 述 定义： 工程结构的动力特性又称结构的自振特性，是反映结构本身所固有的动态参数，主要包括结构的自振频率，阻尼系数和振型等一些基本参数。 6.2工程结构动力特性的试验测定 方法： 结构动力性能试验的激振方法主要有人工激振法和环境随机激振法。人工激振法又可分为自由振动法和强迫振动法 1.自由振动法 在试验中采用初位移或初速度的突卸或突加荷载的方法，使结构受一冲击荷载作用而产生自由振动。试验时一般将测振传感器布置在结构可能产生最大振幅的部位，但要避开某些杆件可能产生的局部振动。 (a)—突卸荷载产生的自由振动； (b)—撞击荷载位置与拾震器布置较远时的振动记录图； (c)—是吊车刹车时的制动力引起的厂房自由振动图形； (d)—是结构作整体激振时，其组成构件也作振动，它们之间频率相差较大，从而形成两种波形合成的自由振动图。 各种类型的振动记录 人工激振法 （1）振动频率的测定 （2）结构的阻尼特性测定 阻尼特性用对数衰减率或阻尼比来表示： 对数衰减率为： 在实际工程测量中，常采用平均对数衰减率，在实测振动图中量取k个波，其平均值为： 阻尼比： 有阻尼的结构自由振动图 2.强迫振动法 （1）结构的固有频率(第一频率或基本频率)测定： 利用激振器可以连续改变激振频率的特点，使结构发生第一次共振，第二次共振……当结构产生共振时振幅出现最大值，这时候记录下振动波形图，在图上可以找到最大振幅对应的频率就是结构的第一自振频率(即基本频率)。然后，再在共振频率附近进行稳定的激振试验，仔细地测定结构的固有频率和振型。 共振时的振动图形和共振曲线 （2）由共振曲线确定结构的阻尼系数和阻尼比 和 按照结构动力学原理，采用半功率法由共振曲线图求得结构的阻尼系数和阻尼比。具体作法如下： 共振曲线的纵坐标最大值的0．707倍处作一水平线与共振曲线相交于A和B两点，则半功率点带宽为： 阻尼系数： 阻尼比： 共振曲线 ⑶结构的振型测量 测量结构振型是最常用的基本试验方法是共振法。 (a) (b) (c) (a)-为测振传感器的布置；(b)-为共振时记录下的振动波形图；(c)-为建筑物的振型曲线。 用共振法测量建筑物振型 环境随机振动法又称为脉动法，即利用脉动来测量和分析结构动力特性的方法。人们在试验观测中发现，建筑物由于受外界环境的干扰而经常处于微小而不规则的振动之中，其振幅一般在0.01mm以下，这种环境随机振动称之为脉动。 波形图的分析通常采用以下几种方法： 1.主谐量法 2.频谱分析法 3.功率谱分析法 环境随机振动法 1.寻找主振源的试验测定方法 （1）逐台开动法 当有多台动力机械设备同时工作时，可以逐台开动，实测结构在每个振源影响下的振动反应，从中找出影响最大的主振源。 （2）实测波形识别法 根据不同振源将会引起规律不同的强迫振动这一特点，其实测振动波形一定有明显的不同特征，如下图所示。因此可采用波形识别法判定振源的性质，作为探测主振源的参考依据。 6.3工程结构的动力反应试验测定 各种振源的振动记录图 2.结构动态参数的量测 对结构动态参数的量测就是在现场实测结构的动力反应。 3.工程结构动力系数的试验测定 移动荷载作用于结构上所产生的动挠度，往往比静荷载时产生的挠度大。动挠度和静挠度