高層樓房震動測試報告

1、目錄第1章 測試的目的1第 2 章 高層建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場動力特性測試方法32.1概述32.2 影響高層建筑動力測試的環(huán)境因素32.3高層建筑結(jié)構(gòu)脈動測試測點分類32.3.1水平振動測點32.3.2扭轉(zhuǎn)振動測點42.4測點及測站布置原則42.4.1找好中心位置布置平移振動測點。42.4.2在建筑物的兩側(cè)布置扭轉(zhuǎn)測點42.5 傳感器布置的方法5第3章 西安建筑科技大學(xué)XX大樓現(xiàn)場動力測試63.1 結(jié)構(gòu)概況63.2 測試目的63.4 測試儀器設(shè)備63.5 測試方案63.6 脈動過程記錄73.7結(jié)果分析93.8 結(jié)論11參考文獻(xiàn)12 第 1 頁第1章 測試的目的高層建筑結(jié)構(gòu)的動力特性指它的自振頻率、振型及

2、阻尼比.雖然這些動力特性可以通過理論計算求得，但通過測試所得的動力特性仍然具有重要意義。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:.檢驗理論計算理論計算方法求結(jié)構(gòu)的自振頻率時存在誤差。于在理論計算過程中，要先確定計算簡圖和結(jié)構(gòu)剛度，而實際結(jié)構(gòu)往往是比較復(fù)雜的，計算簡圖都要經(jīng)過簡化，常填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件并不記入結(jié)構(gòu)剛度，而且結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布、材料實際性能、施工質(zhì)量等都不能很準(zhǔn)確的計算。因此，計算周期與實測周期相比，往往相差很多，據(jù)統(tǒng)計，大約前者為后者的1.5-3倍。這樣，如果直接采用理論計算的自振周期計算等效地震荷載，往往使內(nèi)力及位移偏小，設(shè)計的結(jié)構(gòu)不夠安全。因此，理論周期要用修正系數(shù)加以修正?，F(xiàn)場實測可以得到建筑

3、物建成后實際的動力特性，因此是準(zhǔn)確可靠的。所得數(shù)據(jù)可以與理論計算數(shù)據(jù)進(jìn)行對照比較，驗證理論計算，也可為設(shè)計類似的對于超高層建筑提供經(jīng)驗及依據(jù)。驗證經(jīng)驗公式通過實測手段對各種不同類型的建筑物進(jìn)行測試以后，可歸納總結(jié)出結(jié)構(gòu)周期的規(guī)律，得到計算結(jié)構(gòu)振動周期的經(jīng)驗公式。在估算結(jié)構(gòu)動力特性及估算地震作用時采用經(jīng)驗公式可快速得到結(jié)果，方便實用。由于實測周期大都采用脈動試驗的方法得到，是反映結(jié)構(gòu)在微小變形下的動力特性，得的周期都比較短，如果激振力加大，結(jié)構(gòu)周期會加長。在地震作用下，隨著地震烈度不同，房屋會有不同程度的開裂破壞，剛度降低，自振周期會變長。因此，完全按照脈動測試的周期來確定同類型結(jié)構(gòu)的周期，將使

4、計算等效地震力加大，設(shè)計偏于保守。所以由脈動方法得到的實測周期需要乘以修正系數(shù)，再計算等效地震力。在大量測試工作和積累了豐富資料的基礎(chǔ)上，這個修正系數(shù)的大小視結(jié)構(gòu)類型、填充墻的多少而定，大約在1.1-1.5之間。在給出經(jīng)驗公式時，計入這一修正系數(shù)，這樣既可以簡化計算，又與實際周期較為接近。.為結(jié)構(gòu)安全性評估及損傷識別提供依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問題不容忽視，它是直接關(guān)系著千家萬戶的生命財產(chǎn)安全和安居樂業(yè)的大事，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量狀態(tài)評估日益受到人們的重視。傳統(tǒng)的經(jīng)驗性的評估方法存在許多缺陷和不足，靜力檢測結(jié)構(gòu)的缺陷也有許多局限性。動力檢測應(yīng)用于整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量評估受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。近10年來，國內(nèi)

5、外學(xué)者一直在尋找一種能適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量評估的方法。目前，到普遍認(rèn)同的一種最有前途的方法就是結(jié)合系統(tǒng)識別、振動理論、振動測試技術(shù)、信號采集與分析等跨學(xué)科技術(shù)的振動模態(tài)分析法。高層建筑建成以后完好狀態(tài)下量測得到的動力特性數(shù)據(jù)，可以作為基本技術(shù)檔案保存。建筑物一旦遭受地震等自然災(zāi)害或使用了一定的年限以后，再進(jìn)行測量，可以從中獲得寶貴的對比資料。比如，結(jié)構(gòu)損傷開裂后，結(jié)構(gòu)的自振周期會加長，振型會改變等。從結(jié)構(gòu)的自身固有特性的變化來識別結(jié)構(gòu)的損傷，從而進(jìn)行安全性評估，并采取相應(yīng)的科學(xué)決策。當(dāng)然，動力特性測試作為安全評估的一個手段，還要與其他評估工作一起進(jìn)行全面分析，綜合評定得到滿意的結(jié)果。.為改進(jìn)

6、設(shè)計提供依據(jù)地震中，建筑物由于扭轉(zhuǎn)振動導(dǎo)致?lián)p壞的例子并不少見，而由于鞭梢效應(yīng)引起的損壞也很多。由實測數(shù)據(jù)得到的建筑物的固有頻率，特別是各階模態(tài)的振型，對于分析結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和鞭梢效應(yīng)、積累經(jīng)驗、改進(jìn)設(shè)計是很有幫助的。.尋求減小結(jié)構(gòu)振動的途徑結(jié)構(gòu)動力特性實測還可以為解決各類振動問題尋找答案，達(dá)到減震、消振和隔振的目的。如從振動頻率入手，避開共振頻率，減小振動幅值第 2 章 高層建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場動力特性測試方法2.1概述高層建筑結(jié)構(gòu)的動力特性測試 ,目前主要采用脈動測試的方法。建筑物的脈動是一種微小的振動 ,脈動源來自地殼運(yùn)動引起的微小振動 ,地面車輛運(yùn)動、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)所引起的微小振動 ,以及風(fēng)振引起的建

7、筑物的微小振動等。該方法利用高靈敏度的傳感器、放大器及記錄設(shè)備 ,借助于隨機(jī)信號數(shù)據(jù)處理的技術(shù) ,量測環(huán)境激勵結(jié)構(gòu)物的響應(yīng) ,分析確定結(jié)構(gòu)物的動力特性。它可以不利用任何激振設(shè)備 ,對建筑物沒有損傷 ,也不影響建筑物內(nèi)部正常工作 ,是一種有效而簡便的方法。2.2 影響高層建筑動力測試的環(huán)境因素高層建筑周圍的環(huán)境對脈動測試結(jié)果有著重要的影響，高層建筑大多建于鬧市區(qū)，周圍車水馬龍，環(huán)境噪聲大，這對脈動測試的干擾很大，影響了數(shù)據(jù)的精確性 。因此，如何選取合適的時機(jī)，采用性而有效的方法減少噪聲的影響值得研究。另外，內(nèi)部激勵尤其是近傳感器的激勵，會對測試產(chǎn)生很很大影響。因此，在進(jìn)行現(xiàn)場實測時，應(yīng)該采取有效

8、措施，減少環(huán)境噪聲和局部環(huán)境振動的影響。2.3高層建筑結(jié)構(gòu)脈動測試測點分類測點的布置應(yīng)考慮測站、傳感器、布線、人員調(diào)度以及現(xiàn)場條件等因素。已經(jīng)完成的高層建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)場動力特性測試表明，測點歸納為以下幾種:2.3.1水平振動測點水平振動測點用于測試樓層的水平振動。高層建筑從它振動狀態(tài)來分析一般可以分為水平方向的振動，扭轉(zhuǎn)振動和垂直振動。為了區(qū)分于扭轉(zhuǎn)振動，習(xí)慣上把水平方向的振動稱為結(jié)構(gòu)的平移振動。這種振動一般可分為橫向振動與縱向振動兩種?，F(xiàn)時結(jié)構(gòu)的平面形式很多是方行或圓形的，在描述結(jié)構(gòu)振動時也常常描述為X方向振動，Y方向振動。當(dāng)然，平移振動除了橫向、縱向(X.Y方向)振動外，還有任意方向的振動，但

9、是主要關(guān)心的是這兩個方向的振動。2.3.2扭轉(zhuǎn)振動測點扭轉(zhuǎn)振動測點用于測試樓層的扭轉(zhuǎn)振動。地震破壞的實踐表明，建筑物由于扭轉(zhuǎn)振動導(dǎo)致?lián)p壞的例子并不少見，因此盡量減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是設(shè)計師們應(yīng)該注意的。但是由于有的建筑物太長，有的建筑物質(zhì)量偏心太大，有的建筑物屬于不對稱結(jié)構(gòu)，剛度中心偏離質(zhì)量中心較大，還有的建筑，盡管設(shè)計時已經(jīng)考慮到減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，但由于施工、使用等種種原因的影響，或多或少的會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動。振動信號有的數(shù)倍于平移振動信號，因此扭轉(zhuǎn)振動信號的測試是很重要的。 2.4測點及測站布置原則一棟高層建筑，從什么部位來撿拾它的振動信號才能得到預(yù)期的效果，這是一個十分重要的問題。振動信號的

10、拾取要靠傳感器的布點來實現(xiàn)，因此傳感器布置在什么部位，就是一個關(guān)鍵的工作。在進(jìn)行測試時，測站位置的布置，也很重要，因為這關(guān)系到導(dǎo)線的放取，合理的布置將大大節(jié)省花費(fèi)在導(dǎo)線放取上的時間和體力。在此提出以下幾點測點和測站布置中的原則:2.4.1找好中心位置布置平移振動測點。在布置平移振動測點的時候，傳感器一般安放在建筑物的剛度中心，其目的是為了讓傳感器接收到的信號僅僅是平移振動信號，扭轉(zhuǎn)振動信號不要進(jìn)來，這樣在做數(shù)據(jù)分析處理時便于識別平移振動信號。當(dāng)受到現(xiàn)場試驗條件的限制，不可能在建筑物的剛度中心安放傳感器時，要盡可能地靠近剛度中心，使扭轉(zhuǎn)振動信號盡可能的小，突出平移振動信號。在現(xiàn)場試驗時，剛度中心

11、不易確定，平面位置的幾何中心容易找到，傳感器可放至幾何中心。2.4.2在建筑物的兩側(cè)布置扭轉(zhuǎn)測點建筑物的扭轉(zhuǎn)振動是整個建筑物繞著結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)中心在轉(zhuǎn)動，因此它越遠(yuǎn)離扭轉(zhuǎn)中心，振動也就越大。顯然，該類型的測點布置于遠(yuǎn)離扭轉(zhuǎn)中心的位置。對于比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)，樓層扭轉(zhuǎn)測點通常布置于遠(yuǎn)離幾何中心的兩側(cè)對稱布置，而且在位置較高的一兩個樓層布置扭轉(zhuǎn)測點。但是對于體型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，受扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響比較大，也很難確定扭轉(zhuǎn)中心位置，為測得扭轉(zhuǎn)頻率及振型，常常在不同樓層的不同位置適當(dāng)多布置幾個測點。甚至有時在布置測點的所有層都布置扭轉(zhuǎn)測點。2.5 傳感器布置的方法測試時按傳感器布置方向有“單軸法”和“雙軸法”之分。“單軸

12、法”，即樓層的測點各布置一個傳感器，其方向為水平振動的一個主軸方向。待此方向測試完畢后，傳感器轉(zhuǎn)至另一主軸方向再進(jìn)行測試。該方法適用于區(qū)域內(nèi)測點較少的情況。“雙軸法”則在同一測點布置兩個傳感器，同時沿水平和縱向進(jìn)行測試。該方法適于結(jié)構(gòu)特性復(fù)雜、區(qū)域內(nèi)測點較多的情況。 第3章 西安建筑科技大學(xué)XX大樓現(xiàn)場動力測試3.1 結(jié)構(gòu)概況3.2 測試目的對西安建筑科技大學(xué)工科樓的原型結(jié)構(gòu)進(jìn)行脈動測試，獲得原型結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼和振型等動力特性，為類似工程提供參考。結(jié)構(gòu)現(xiàn)場測試期望得到以下結(jié)果：1 結(jié)構(gòu)自振頻率2 結(jié)構(gòu)阻尼比3 結(jié)構(gòu)振型3.4 測試儀器設(shè)備此次測試所采用的儀器設(shè)備有：1. 北京東方振動與噪

13、聲技術(shù)研究所生產(chǎn)的INV智能信號采集處理分析儀；2. 中國地震局工程力學(xué)研究所生產(chǎn)的891型16線功率放大器；3. 中國地震局工程力學(xué)研究所生產(chǎn)的891-2型拾振器；4. 聯(lián)想便攜式計算機(jī)；5. 低噪聲導(dǎo)線。3.5 測試方案采用脈動測試的方法對工科樓原型結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動測試：將測站布置在中間樓層，按“單軸法”在結(jié)構(gòu)的每個樓層布置水平振動測試傳感器，測試結(jié)構(gòu)的環(huán)境隨機(jī)振動，測站及測點的具體布置如圖3.1。對 “東西”方向進(jìn)行測試，分別測試結(jié)構(gòu)的位移和速度，運(yùn)用DASP2000專業(yè)模態(tài)分析軟件對測試結(jié)果進(jìn)行分析，可得到的結(jié)構(gòu)的動力特性。圖3-1 測站及測點布置圖3.6 脈動過程記錄通過脈動測試，可得到

14、XX大樓各樓層同步測試的振動波形（圖3-2）。圖3-2（a）樓層自振波形圖1圖5圖3-2（b）樓層自振波形圖2各樓層脈動測試統(tǒng)計結(jié)果見表3-1。表3-1XX大樓各層脈動記錄測點號 最大絕對值 最大值 時間(S) 最小值 時間(S) 平均值 工程單位 1 0.6609 0.62242 239.58 -0.6609 627.84 2.51E-4 mm 2 0.81006 0.81006 592.07 -0.80927 627.84 2.04E-4 mm 3 1.39047 1.38979 680.15 -1.39047 680.54 3.49E-4 mm 4 1.07314 1.05612 847

15、.07 -1.07314 240.14 9.96E-5 mm 5 0.93105 0.91522 592.07 -0.93105 110.63 2.26E-4 mm 6 1.00402 0.9708 592.05 -1.00402 110.63 1.82E-4 mm 7 0.9511 0.9511 282.86 -0.91114 283.08 8.09E-5 mm 8 0.98951 0.92898 110.4 -0.98951 110.57 9.81E-6 mm 9 0.96952 0.92185 847.07 -0.96952 591.55 6.63E-5 mm 10 0.88039 0.

16、85624 361.15 -0.88039 591.56 9.8E-5 mm 11 1.03836 1.03009 848.07 -1.03836 847.58 1.13E-4 mm 12 1.50511 1.50438 580.33 -1.50511 581.71 2.32E-5 mm 13 1.31243 1.31243 848.09 -1.31167 847.54 9.55E-5 mm 14 0.00235 0.00235 240.27 -0.00235 847.19 9.59E-5 mm 15 1.38949 1.28131 493.05 -1.38949 847.52 4.51E-5

17、 mm 16 1.22792 1.22792 846.91 -1.19758 847.48 4.61E-5 mm3.7結(jié)果分析經(jīng)過函數(shù)傳遞后，通過結(jié)構(gòu)模態(tài)分析可得到結(jié)構(gòu)的頻率、阻尼、振型，由于一階與二階模態(tài)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生主要影響，因此，此處選取了一階與二階模態(tài)進(jìn)行分析。表3-2為結(jié)構(gòu)的一階和二階振動的頻率和阻尼比。圖3-6為經(jīng)模態(tài)擬合后，結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析階數(shù)，結(jié)構(gòu)的一階與二階振型，如圖3-7，3-8所示。表3-2 結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率和阻尼比階數(shù)頻率(Hz)阻尼比(%)10.8760.05322.8680.160建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001）和高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（JGJ3-2002）

18、規(guī)定，鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比應(yīng)取0.05，所測結(jié)果和規(guī)范相符。圖3-6 模態(tài)分析階數(shù)圖3-7 XX樓1階振型圖3-8 XX樓2階振型3.8 結(jié)論本文對XX大樓進(jìn)行了動力測試及分析，其結(jié)論如下：對結(jié)構(gòu)的位移振動測試分析可知，隨著測點所在層數(shù)的增加,樓層的振動均相應(yīng)增大，這與模態(tài)分析中結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)占主要成分是一致的；對結(jié)構(gòu)的速度振動分析可知，結(jié)構(gòu)的一階自振頻率為0.876，對應(yīng)的阻尼比為0.053%，與建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001）中規(guī)定的鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比接近；本文測試所得的結(jié)果可以為改進(jìn)經(jīng)驗公式、改進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)安全性評估及損傷識別提供依據(jù)。參考文

19、獻(xiàn)1 曹樹謙，張文德，蕭龍翔.振動結(jié)構(gòu)模態(tài)分析 理論、實驗與應(yīng)用.天津大學(xué)出版社，20012 李國強(qiáng)，陳素文，李杰，陸雪平.上海金茂大廈結(jié)構(gòu)動力特性測試3 呂西林，施衛(wèi)星，沈劍昊，范佩芳.上海地區(qū)幾棟超高層建筑振動特性實測，20074 儲德文，王明貴，譚世友.鋼結(jié)構(gòu)房屋動力特性實測與分析，20075 李正農(nóng)，劉福義，李秋勝，吳紅華.高層建筑動力反應(yīng)實測中測點的優(yōu)化布置方法的研究，20036 李國強(qiáng) ,李杰 ,李炳生. 高層建筑檢測方法、研究與應(yīng)用.振動、測試與診斷 ,1998 （2）7 張令彌.振動測試與動態(tài)分析.航空工業(yè)出版社，19928 張思.振動測試分析技術(shù).清華大學(xué)出版社，19929 李國強(qiáng)，李杰.工程結(jié)構(gòu)動力檢測理論與應(yīng)用，科學(xué)出版社，200210 王廣軍,王玉朋,陳德彬.建筑自振周期經(jīng)驗公式一些問題的探討.