結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定次課

結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定次課演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日（優(yōu)選）結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定次課.現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日3§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定對(duì)于比較簡(jiǎn)單的動(dòng)力問(wèn)題，一般只注意結(jié)構(gòu)的基本頻率。而為了研究結(jié)構(gòu)的振動(dòng)規(guī)律（如復(fù)雜的多自由度體系），有時(shí)還必須考慮第二、第三甚至更高階的固有頻率以及相應(yīng)的振型?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日4§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定結(jié)構(gòu)物的固有頻率及相應(yīng)的振型雖然可由結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理計(jì)算得到。但由于實(shí)際結(jié)構(gòu)物的組成和材料性質(zhì)等因素，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算得出的理論數(shù)據(jù)誤差比較大。阻尼系數(shù)則只能通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。因此，采用試驗(yàn)手段研究各種結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力特性具有重要的實(shí)際意義?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日5§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定1、自由振動(dòng)法設(shè)法使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動(dòng)，通過(guò)記錄儀器記下有衰減的自由振動(dòng)曲線，由此求出基本頻率和阻尼系數(shù)?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日6§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動(dòng)的方法:突加荷載和突卸荷載兩種方法。突加荷載，是將重物升到某一高度，然后釋放，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動(dòng)，它的缺點(diǎn)是加上去的重物附結(jié)構(gòu)一起振動(dòng)，對(duì)結(jié)構(gòu)有一定的影響?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日7§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定突卸荷載，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)初位移，然后突然卸去荷載，利用結(jié)構(gòu)的彈性使其產(chǎn)生自動(dòng)振動(dòng)?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日8§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定具體的方法：具有吊車的工業(yè)廠房，可利用小車突然剎車產(chǎn)生自由振動(dòng)。測(cè)定橋梁的動(dòng)力特性，可以采用載重汽車越過(guò)障礙物的辦法產(chǎn)生一個(gè)沖擊荷載。用發(fā)射反沖小火箭（又稱反沖激振器）的方法可以產(chǎn)生脈沖荷載，從而使結(jié)構(gòu)發(fā)生自由振動(dòng)。現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日9量測(cè)方法采用自由振動(dòng)法時(shí)，拾振器一般布置在振幅較大處，要避開(kāi)某些桿件的局部振動(dòng)。通過(guò)測(cè)量?jī)x器的記錄，可以得到結(jié)構(gòu)的有阻尼自由振動(dòng)曲線。在振動(dòng)時(shí)程曲線上，根據(jù)時(shí)間座標(biāo)，得到振動(dòng)波形的周期或結(jié)構(gòu)的自振頻率。為了消除荷載影響，最初的一個(gè)、二個(gè)波不用，同時(shí)，為了提高準(zhǔn)確度，可以取若干波的總時(shí)間除以波數(shù)得出平均數(shù)作為基本周期，其倒數(shù)即為基本頻率，建筑物的阻尼特性用對(duì)數(shù)衰減率或臨界阻尼比來(lái)表示。現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日10§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定實(shí)測(cè)得到的振動(dòng)記錄圖一般沒(méi)有零線，所以在測(cè)量阻尼時(shí)應(yīng)采取從峰到峰的量法，這樣比較方便，而且準(zhǔn)確度，對(duì)數(shù)衰減率為

臨界阻尼比現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日11自由振動(dòng)法的原理：

＝現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日12自由振動(dòng)法的原理：

＝現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日13§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定2、共振法利用專門的激振器，對(duì)結(jié)構(gòu)施加簡(jiǎn)諧動(dòng)荷載，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生恒定的強(qiáng)迫簡(jiǎn)諧振動(dòng)，借助共振現(xiàn)象來(lái)觀察結(jié)構(gòu)的自振性質(zhì)?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日14將激振器牢固地安裝在建筑結(jié)構(gòu)上，不使其跳動(dòng)，否則將影響試驗(yàn)結(jié)果。激振器的激振方向和安裝位置要根據(jù)所試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的情況和試驗(yàn)?zāi)康亩ā，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日15一般說(shuō)來(lái)，整體建筑物動(dòng)荷載試驗(yàn)多為水平方向激振，樓板和梁的動(dòng)荷載試驗(yàn)多為垂直方向激振。激振器的安裝位置應(yīng)選在所要測(cè)量的各個(gè)振型曲線都不是節(jié)點(diǎn)的地方。因此，試驗(yàn)前最好先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的動(dòng)力分析，做到對(duì)所測(cè)量的振型曲線的大致形式心中有數(shù)?，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日16由結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)可知，當(dāng)干擾力的頻率與結(jié)構(gòu)本身固有頻率相符時(shí)，結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)共振。因此，連續(xù)改變激振器的頻率，達(dá)到使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，這時(shí)記錄下的頻率，就是結(jié)構(gòu)的固有頻率，連續(xù)激振下去，應(yīng)可以得到第一次共振，第二次共振，第三次共振等?，F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日17在理論上，結(jié)構(gòu)有無(wú)限階自振頻率，但頻率越高輸出越小，由于受檢測(cè)儀表靈敏度的限制，一般僅能測(cè)到有限階的自振頻率。另外，對(duì)結(jié)構(gòu)影響較大的是前幾階，而高階的影響較小?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日18測(cè)共振頻率時(shí)，一般總是把激振器的轉(zhuǎn)速由低到高，進(jìn)行幾次連續(xù)變換的所謂“頻率掃描’’試驗(yàn)，同時(shí)記錄下振動(dòng)曲線圖。在圖上先找到使建筑物發(fā)生共振的頻率值。然后，再在共振頻率附近進(jìn)行穩(wěn)定的激振試驗(yàn)，仔細(xì)地測(cè)定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。

現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日19當(dāng)使用偏心式激振器時(shí)，應(yīng)注意到轉(zhuǎn)速不同，激振力大小也不一樣。激振力與激振器轉(zhuǎn)速的平方成正比。為了準(zhǔn)確地定出共振曲線，應(yīng)把振幅折算為單位激振力作用下的振幅，即振幅除以相應(yīng)的激振力?；蛘甙颜穹鶕Q算為在相同激振力作用下的振幅?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日20以為縱座標(biāo)，ω為橫座標(biāo)作出共振曲線，如圖在縱座標(biāo)最大值Ymax的0.707倍處作一水平線與共振曲線相交于A和B兩點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)橫座標(biāo)是ω1與ω2。則阻尼比為：現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日21以其推導(dǎo)過(guò)程如下

動(dòng)力放大系數(shù)D＝=

D==

平方后現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日22以其推導(dǎo)過(guò)程如下

忽略根號(hào)內(nèi)

＝

現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日23§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定由結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)可知，結(jié)構(gòu)按某一固有頻率作振動(dòng)時(shí)形成的彈性曲線稱為結(jié)構(gòu)按此頻率振動(dòng)的振動(dòng)形式，簡(jiǎn)稱振型?，F(xiàn)在是23頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日24§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定對(duì)應(yīng)于基頻、第二頻率、第三頻率分別有基本振型(第一振型)、第二振型、第三振型。用共振法測(cè)量振型時(shí)，要將若干個(gè)拾振器布置在結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位。當(dāng)激振器使結(jié)構(gòu)發(fā)生共振時(shí)，同時(shí)記錄下結(jié)構(gòu)各部位的振動(dòng)圖，通過(guò)比較各點(diǎn)的振幅和相位，即可給出該頻率的振型圖。現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日25§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定為拾振器和激振器的布置。(b)為共振時(shí)記錄下的振動(dòng)曲線圖。(c)為振型曲線。

繪制振型曲線圖時(shí)，要規(guī)定位移的正負(fù)值。在圖上規(guī)定頂層的拾振器(1)的位移為正，凡與它相位相同的為正，反之則為負(fù)。將各點(diǎn)的振幅按一定的比例和正負(fù)值畫在圖上即是振型曲線。現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日26§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定

有時(shí)由于結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜，測(cè)點(diǎn)數(shù)超過(guò)已有拾振器數(shù)量或記錄裝置能容納的點(diǎn)數(shù)，這時(shí)可以逐次移動(dòng)拾振器，分幾次測(cè)量，但是必須有一個(gè)測(cè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，各次測(cè)量中位于參考點(diǎn)的拾振器不能移動(dòng)，而且各次測(cè)量的結(jié)果部要與參考點(diǎn)的曲線比較相位。參考點(diǎn)也應(yīng)選在不是節(jié)點(diǎn)的部位。

現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日27§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定3、脈動(dòng)法脈動(dòng)法是通過(guò)量測(cè)由環(huán)境隨機(jī)激振而產(chǎn)生的建筑物微小振動(dòng)，即“脈動(dòng)”來(lái)分析建筑物動(dòng)力特性的方法。這一方法被廣泛地應(yīng)用于建筑物的動(dòng)力分析研究中?？梢詮拿}動(dòng)信號(hào)中識(shí)別出結(jié)構(gòu)物的固有頻率、阻尼比、振型等多種模態(tài)參數(shù)，還可以用脈動(dòng)法識(shí)別扭轉(zhuǎn)空間振型?，F(xiàn)在是27頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日28§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定建筑物的脈動(dòng)來(lái)自兩個(gè)方面，一方面是地面脈動(dòng)；另一方面是大氣變化即風(fēng)和氣壓等引起的微幅振動(dòng)。建筑物的脈動(dòng)是經(jīng)常存在的，但及其微弱．一般只有幾微米到幾十微米。因此為測(cè)量這種信號(hào)要使用低噪聲和高靈敏度的拾振器和放大器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用這種方法進(jìn)行實(shí)測(cè)，不需要專門的激振設(shè)備，而且不受結(jié)構(gòu)形式和大小的限制，適用于各種結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日29§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定但是建筑物本身是一個(gè)復(fù)雜的體系，當(dāng)振幅增大時(shí)，其剛度有所降低，所以，用脈動(dòng)法在微幅振動(dòng)條件下所得到的固有頻率比用共振法所得要偏大一些，應(yīng)用試驗(yàn)成果時(shí)應(yīng)注意到這一因素。

現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日30§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定從分析建筑物的動(dòng)力特性這個(gè)目的出發(fā)，量測(cè)建筑物的脈動(dòng)時(shí)必須注意下列幾點(diǎn)：1．建筑物的脈動(dòng)是由于環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)而引起的，這就可能帶來(lái)各種頻率分量，為得到正確的記錄，要求記錄儀器有足夠?qū)挼念l帶，使所需要的頻率分量不失真。現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日31§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定2．根據(jù)脈動(dòng)分析原理，脈動(dòng)記錄中不應(yīng)有規(guī)則的干擾或儀器本身帶進(jìn)的雜音，因此觀測(cè)時(shí)應(yīng)避開(kāi)機(jī)器或其他有規(guī)則的振動(dòng)影響，以保持脈動(dòng)記錄的“純潔”性。3．為使每次記錄的脈動(dòng)均能反映建筑物的自振特性，每次觀測(cè)應(yīng)持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間并且重復(fù)幾次?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日32§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定4．布置測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)將建筑物視為空間體系，沿高度和水平方向同時(shí)布置儀器。如儀器數(shù)量不足可作多次測(cè)量。這時(shí)應(yīng)有一臺(tái)儀器保持位置不動(dòng)作為各次測(cè)量比較標(biāo)準(zhǔn)。5．每次觀測(cè)最好能記下當(dāng)時(shí)的天氣，風(fēng)向風(fēng)速以及附近地面的脈動(dòng)，以便分析這些因素對(duì)脈動(dòng)的影響。現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日33§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定建筑物脈動(dòng)記錄的分析通常采用以下幾種方法：(一)主諧量法建筑物固有頻率的諧量是脈動(dòng)里最主要的成分，在脈動(dòng)圖上可以直接量出來(lái)。凡是振幅大，波形光滑處的頻率總是多次重復(fù)出現(xiàn)。如果建筑物各部位在同一頻率處的相位和振幅符合振型規(guī)律，那么，就可以確定此頻率就是建筑物的固有頻率?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日34§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定通常基頻出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最多，比較容易確定。對(duì)一些較高的建筑物，有時(shí)第二、第三頻率也可能出現(xiàn)，但比基頻少。記錄的時(shí)間長(zhǎng)一些，分析結(jié)果的可靠性就大一些。在記錄曲線比較規(guī)則的部分，確定是某一固有頻率后，可以分析出振型來(lái)(同共振法)?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日35例：某高層建筑固有頻率和振型實(shí)測(cè)

現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期日36§2.5結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)定(二)諧量分析法

將建筑物脈動(dòng)記錄圖看成是各種頻率的諧量合成的結(jié)果。而建筑物固有頻率的諧量和脈動(dòng)源卓越頻率處的諧量為其主要成分。因此，用付里葉級(jí)數(shù)的方法將脈動(dòng)分解并作出其頻率譜，在頻譜圖上建筑物固有頻率處和脈動(dòng)源的振動(dòng)頻率處必然出現(xiàn)突出的峰。一般在基頻處是非常突出的，而二頻、三頻處有時(shí)也很明顯。但也不是所有峰都是建筑物固有頻率，需通過(guò)分析判斷并區(qū)別之。現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有38頁(yè)\編輯于星期