结构实验技术讲稿动力部分第010次课演示幻灯.ppt

1 土木工程学院 结构实验技术 田石柱 教授 2 §2.6 结构动力反应的测定 生产和科研中提出的一些问题，往往要求对结构动荷载作用下的动力反应进行试验测定 工业厂房在动力机械设备作用下振动情况 桥梁在列车通过时引起的振动； 高层结构在风荷载作用下的振动问题； 结构在地震作用下动力反应； 有防振(震)要求的设备； 3 一、结构特定部位动参数的测定 实践中经常遇到需要测定结构物在动荷载作用下特定部位的动参数如振幅、频率(或频率谱)速度、加速度、动变形等。在这种情况下，只要在结构振动时布置适当的仪器(如位移传感器、速度传感器、加速度传感器或电阻应变计等)记录下振动图即可。测点布置根据结构情况和试验目的而定。 4 测点布置 为了校核结构强度就应将测点布置在最危险的部位即控制断面上； 如果是测定振动对精密仪器的影响，一般应在精密仪器基座处测定振动参数。 多层厂房常需要测定某个振源(如机床扰力)引起的振动在建筑物内传布和衰减情况。 5 在图中，振源为动力机床，以振源处测得的振幅定为1，其余各点测得的振幅与振源处的振幅之比称为该点的传布系数，将各点传布系数标在图上就可明显地看出：此振源产生的振动情况在楼层内的影响范围和衰减情况。 是例如：研究振动在同一楼层内传布情况。 6 二、测定结构的振动变位图 为全面了解结构在动荷载作用下的振动状态。可以安设多个测点作振动变位图。 振动变位图的测量方法，将各个测点的振动图用记录仪器同时记录下来，根据相位关系确定变位的正负号，再按振幅（即变位）大小以一定比例画在变位图上，最后连成结构在实际动荷载作用下的振动变位图。 7 注意: 这种测量和分析方法与前面讲过的确定振型的方法类似。而结构的振动变位图是结构在特定荷载作用下的变形曲线。一般说来并不和结构的某一振型相一致。 8 §2.6 结构动力反应的测定 确定了振动变位图后，即有可能按结构力学的理论近似地确定结构由于动荷载所产生的内力。 9 三、结构动力系数的试验测定 承受移动荷载的结构如吊车梁、桥梁等，常常要确定它的动力系数，以判定结构的工作情况。 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。动挠度和静挠度的比值称为动力系数。 10 为了求得动力系数，先使移动荷载以最慢的速度驶过结构，测得挠度图如图，然后使移动荷载按某种速度驶过，这时结构产生最大挠度(实际测试中采取以各种不同速度驶过，找出产生最大挠度的某一速度)。从图上量得最大静挠度yj和最大动挠度yd，即可求得动力系数。 结构的动力系数一般用试验方法实测确定 14 强震不是经常发生，而且很难预测其发生时刻，所以强震仪设计了专门的触发装置，平时仪器不运转，无需专人看管，地震发生时，强震仪的触发装置便自动触发启动，仪器开始工作并将振动过程记录下来。考虑到地震时可能中断供电，仪器一般采用蓄电池供电。在建筑物底层和上层同时布置强震仪。地震发生时底层记录到的是地面运动过程，上层记录到的即为建筑物的加速度反应。 15 §2.7 结构疲劳试验 结构物或构件在重复荷载作用下达到破坏时的应力比其静力强度要低得多，这种现象称为疲劳。 对结构而言，它既有材料的疲劳问题又有结构本身的疲劳问题。 16 §2.7 结构疲劳试验 按其受力状况不同: 可分为压力疲劳、弯曲疲劳和扭转疲劳试验 按试验机产生的脉冲信号的大小: 可分为等幅疲劳和变幅疲劳试验 17 §2.7 结构疲劳试验 此外，还有环境疲劳试验，如在腐蚀性环境下的疲劳试验、高温或低温下的疲劳试验、加压或真空等条件下的疲劳试验。不同条件下的疲劳试验有不同的疲劳响应，试验结果也各有特点。我们主要讨论结构构件的疲劳试验问题。 18 §2.7 结构疲劳试验 一、结构疲劳试验的目的 结构疲劳试验的直接目的是确定结构的疲劳极限，为了获得结构疲劳极限值，必须对结构施加重复荷载，并测定结构达到疲劳破坏时荷载的重复次数。 19 结构所能承受的荷载重复次数及应力达到的最大值均与应力的变化幅度有关。研究表明，在一定应力变化幅度下，当疲劳应力小于某一应力值以后，荷载重复次数的增加不再会引起结构的疲劳破坏。该疲劳应力值称疲劳极限应力，结构设计时必须严格按照疲劳极限应力进行设计。 应力与重复荷载作用次数的关系飞 20 二、结构疲劳试验的内容 ① 抗裂性及开裂荷载； ② 裂缝宽度及其发展； ③ 最大挠度及其变化幅度； ④ 疲劳极限强度。 21 二、结构疲劳试验的内容 对于科研性的疲劳试验，还应包括： ⑤ 各阶段截面应力分布状况，中和轴变化规律。 ⑥ 疲劳破坏特征分析 ⑦ 疲劳破坏荷载及承受疲劳荷载的重复次数 ⑧ 裂缝的宽度、长度、间距及其随荷载重复次数的变化。 ⑨ 钢筋及混