鋼框架動(dòng)力特性試驗(yàn)報(bào)告匯總

1、鋼框架模型動(dòng)力特性試驗(yàn)報(bào)告前言建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是反映結(jié)構(gòu)本身所固有的動(dòng)力性能。 它的主要內(nèi)容包括結(jié) 構(gòu)的自振頻率、振型、阻尼系數(shù)等一些基本參數(shù)。這些特性是由結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量 分布、結(jié)構(gòu)剛度、材料性質(zhì)、構(gòu)造連接等因素決定，但與外荷載無關(guān)，它反應(yīng)了 體系的固有特性。建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)量測結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)是結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)的基本內(nèi)容， 在研究建筑結(jié)構(gòu)的抗震、 抗風(fēng)或抵御其他動(dòng)力荷載的性能時(shí)， 都必須要進(jìn)行結(jié)構(gòu) 動(dòng)力特性試驗(yàn)， 了解結(jié)構(gòu)的自振特性。 由于它可在小振幅試驗(yàn)下求得， 不會(huì)使結(jié) 構(gòu)出現(xiàn)過大的振動(dòng)和損壞， 因此經(jīng)常在現(xiàn)場進(jìn)行結(jié)構(gòu)的實(shí)物試驗(yàn)， 主要分為人工 激振法和環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法。建筑物周圍大地環(huán)境

2、引起結(jié)構(gòu)物振動(dòng)的地脈動(dòng)和風(fēng)稱為環(huán)境激振。 自然地脈 動(dòng)是由海浪、風(fēng)、交通、機(jī)械等自然和人為活動(dòng)所引起，其位移幅值從千分之幾 微米到幾微米，頻帶從 0.1Hz 到 100Hz。通過拾振器測得建筑物脈動(dòng)反應(yīng)后，對 隨機(jī)的脈動(dòng)信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 可得到結(jié)構(gòu)的基頻率或較低幾階的頻率。 可推導(dǎo) 出脈動(dòng)的功率譜峰值， 這些峰值對應(yīng)的頻率即為結(jié)構(gòu)的自振頻率， 而根據(jù)計(jì)算軟 件的精度不同，能得出較為精確的前幾階頻率的數(shù)目也不同。一試驗(yàn)?zāi)康?. 了解脈動(dòng)測試法的基本原理，掌握用脈動(dòng)法測試結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼及振 型的方法；2. 熟悉常用結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測試系統(tǒng)的組成和相關(guān)儀器的使用方法；3. 熟悉建（構(gòu)）筑物動(dòng)力特

3、性現(xiàn)場實(shí)測的基本方法和一些應(yīng)該注意的問題；二工程概況1. 結(jié)構(gòu)如圖 1 所示：試驗(yàn)結(jié)構(gòu)為一個(gè) 7 層多自由度鋼框架，平面內(nèi)框架尺 寸為 400mm105mm，模型板超出框架柱范圍，尺寸為 500mm 300mm15mm，每 層層高為 300mm，每層各有八塊 95mm 90mm10mm的鐵質(zhì)的配重。結(jié)構(gòu)材料為Q235鋼，節(jié)點(diǎn)處通過連接板和螺栓進(jìn)行連接， 4個(gè)框架柱為 8的 Q235鋼圖 1 模型簡圖三測試儀器2. 儀器（1）加速度傳感器 本次試驗(yàn)使用丹麥產(chǎn) 4381V 型加速度傳感器。（2）加速度傳感器的布置 將本次試驗(yàn)使用的（ 8 個(gè)）加速度傳感器，分別布置在各層樓板中心，測量 其加速度響應(yīng)

4、。測點(diǎn)布置圖如圖 2 所示。圖2 測點(diǎn)布置圖四試驗(yàn)測試方案4.1 測點(diǎn)布置測點(diǎn)選擇在每一層的中間位置， 以減少外界對信號的干擾， 使測量結(jié)果精度 達(dá)到要求。我們第一組是主要測長軸方向的自振頻率。4.2 測試準(zhǔn)備(1) 設(shè)備連接將信號線一端與傳感器連接， 另一端分別和數(shù)據(jù)采集儀上 1、2、3、4、5、6、 7、8 通道連接。用 USB 連接線將數(shù)據(jù)采集儀和便攜式電腦連接。 打開 SVSA 軟 件，未出現(xiàn)連接錯(cuò)誤的提示，證明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已連接完畢。如下圖所示：（2） 儀器測試 在傳感器連接后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)采集測試，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)偏離中心軸線較多， 離散性大， 則說明傳感器通電時(shí)間過短， 還未完全達(dá)到其

5、穩(wěn)定狀態(tài)。 此時(shí)結(jié)束采 集，并重新存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，待傳感器穩(wěn)定后正式采集記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。4.3 采樣參數(shù)設(shè)置（1）采樣頻率 實(shí)際中我們?nèi)×?25Hz作為采樣頻率。（2）采樣時(shí)間 采樣10分鐘左右。（ 3）采樣方式采樣方式選用連續(xù)采集。 動(dòng)態(tài)采集方法與定點(diǎn)采集相比， 采集過程中可以隨 時(shí)監(jiān)測看到目前信號狀態(tài)信息，防止意外的發(fā)生。五試驗(yàn)結(jié)果 5.1 采樣頻率25Hz 下，量測結(jié)構(gòu)各層在 X 方向的波形，并利用 SVSA軟件的相關(guān)功能分析其自振頻率和阻尼比。所得的經(jīng)過整理并用 MATLAB編程得到的自功 率譜如圖。鋼框架的一階自振頻率是 4.28HZ ，二階頻率為 13.65HZ ，三階頻率為 22.71H

6、Z，找到對應(yīng)點(diǎn)的數(shù)值。圖 3 （底層地面的自功率譜圖）圖5（第二層的自功率譜圖）圖 4 （第一層的自功率譜圖）圖6（第三層的自功率譜圖）圖7（第四層的自功率譜）圖8（第五層的自功率譜）圖10（第七層的自功率譜）圖9（第六層的自功率譜）5.2 由實(shí)驗(yàn)得到的互功率譜如圖所示：圖11（底層地面的互功率譜圖）圖12（第一層的互功率譜圖）第二層的互功率譜圖）圖15（第四層的互功率譜）圖14（第三層的互功率譜圖）圖16（第五層的自功率譜）圖17（第六層的自功率譜）六、數(shù)據(jù)處理6.1 自振頻率的確定根據(jù)脈動(dòng)法理論， 結(jié)構(gòu)自振頻率的識別可根據(jù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的自功率譜得到。 當(dāng) 各測點(diǎn)的自功率譜峰值位于同一頻率處時(shí)，

7、 該處的頻率即為結(jié)構(gòu)的自振頻率。 由 前面得到的自功率譜圖形可知：鋼框架的一階自振頻率是4.28HZ，二階頻率為13.65HZ，三階頻率為 22.71HZ。6.2 振型的識別與近似根據(jù)各樓層互譜幅值進(jìn)行振型擬合，可得到鋼框架前三階的振型如表 1 所示：樓層第一階f=4.28HZ第二階f=13.65HZ第三階f=22.71HZ振型7F11-0.9256F0.9810.809-0.0205F0.1860.0100.8884F0.161-0.29613F0.127-0.5010.08272F0.089-0.513-0.9131F000表一： 前三階的振型七、實(shí)測結(jié)果與理論計(jì)算的分析比較將實(shí)測結(jié)果與

8、SAP2000計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行了固定周期的比較， 結(jié)果如表二 所示：固有周期 （ 秒）實(shí)測 Tc計(jì)算 TsTcTs方向階次X1階0.23360.270480.862階0.073260.086830.843階0.04400.048810.90表二 實(shí)測周期與計(jì)算周期的對比 由實(shí)測和計(jì)算結(jié)果相比較發(fā)現(xiàn)鋼框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期較實(shí)測周期稍微偏大， 導(dǎo)致這樣情況的因素可能是 SAP2000 模擬的底部約束條件為固結(jié)，而實(shí)際結(jié)構(gòu) 底部不是完全固結(jié)， 另外，因?yàn)樗⒌哪Ｐ褪镜刃У呐c實(shí)際模型之間存在一定 的誤差。八、結(jié)論與展望8.1 試驗(yàn)結(jié)論1. 采用 SVSA 振動(dòng)信號采集分析系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性檢測， 使用方便， 精度較高，可以很好的測試出結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力特性參數(shù)。2. 結(jié)構(gòu)形式越合理，其兩個(gè)方向的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性越接近，若結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向 形式不同，則其自振頻率等也會(huì)有較大差別。3. 在測試前應(yīng)預(yù)估結(jié)構(gòu)的自振頻率并選定采樣頻率，實(shí)測時(shí)選取采樣頻率 與預(yù)估頻率相接近，可以較好的保證測量精度。4. 由于試驗(yàn)在白天進(jìn)行， 受到的外界干擾較