建筑結構結構動力試驗

第5章結構動力試驗5.1概述5.2結構動荷載特性試驗5.3結構動力特性試驗5.4結構動力反應試驗5.5結構風洞試驗本章目錄第5.1節(jié)概述

建筑結構在使用過程中除了承受靜載作用外，還常常承受各種動荷載的作用，如風荷載、地震作用、動力設備對工業(yè)建筑的作用、沖擊及爆炸荷載等。動荷載除了增大結構受力外，還會引起結構的振動，甚至會引起結構發(fā)生疲勞、共振破壞。為了確定動荷載的特性、結構的動力特性、結構的動力反應以及結構的疲勞特性等，常常需要進行結構動力試驗。動力與靜力試驗明顯的區(qū)別在于荷載隨時間連續(xù)變化、結構反應與自身動力特性相關。第5.2節(jié)結構動荷載特性試驗動荷載的特性：作用力、方向、頻率和阻尼等參數(shù)。在研究風荷載、地震作用、工業(yè)建筑內(nèi)的動力設備響應時，需要確定振源的大小和作用規(guī)律，這些振源雖然可以根據(jù)統(tǒng)計值進行動力荷載特性計算，但有時實際動力特性與統(tǒng)計值有較大的差距，用計算方法往往不能獲得振源的實際動力特性，因此，需要借助試驗的方法進行確定。對于動荷載特性的測定，可以采用直接測定法、間接測定法和比較測定法等。（1）直接測定法直接測定法是指在測量對象上直接安裝傳感器，通過傳感器的反應來測定動荷載的各項參數(shù)。這種方法簡單可靠，隨著現(xiàn)代量測技術的不斷發(fā)展，各種傳感器性能的逐步完善和提高，使其應用范圍也愈來愈廣。（2）間接測定法間接測定法是把要測定動力的設備安裝在有足夠彈性變形的專用結構上（3）比較測定法當振源是可以開啟、停止的情況下，可以采用比較測定法。先開動振源，記錄結構的振動情況，再開動激振器逐漸調(diào)節(jié)其頻率和作用力的大小，使結構產(chǎn)生同樣振動。由于激振器的作用力和頻率已知，這樣可求得振源的特性。第5.3節(jié)結構動力特性試驗1自由振動法2共振法3脈動法本節(jié)目錄結構酒動力枕特性污是結忌構本騙身固住有的屠動態(tài)遠參數(shù)振，包燭括固篩有頻蛾率、所振型籍和阻珍尼系餓數(shù)等慨，它襪們?nèi)∫皼Q于殃結構幻玉的組宮成形嗚式、民剛度匪、質(zhì)敵量分沈布、排材料若形式無等，杰與外議荷載露無關益。結避構的得動力纏特性診是進犧行結姿構抗田震計苦算、壺解決圍結構妖共振支問題王的基安本依姥據(jù)。常用吵的結蟻構動摸力特吸性試央驗方龜法有自由目振動微法、燃共振掏法和離脈沖爬法等。5.予3.衡1肉自由似振動耗法自由奮振動蔬法是悟使結余構產(chǎn)天生一蹤蝶初位錢移或央初速面度，房誠然后逆釋放坡使其敵產(chǎn)生篇自由潮振動坦，通妨過記棋錄儀疊獲得畜有衰翻減的掘自由腹振動迷曲線塑（圖車5.蛋1）奧，由結此可病以利怨用動憲力學侵知識逝求出爬結構偷的基炊本頻圈率和再阻尼麥系數(shù)踏。圖5免.1歐自成由振口動時危程曲量線如果寒時程故曲線妄上在爛時間啊內(nèi)包液含若榮干個番完整祖波形蓋時，近頻率獻為：(H界z)撈(5丹.1鄙)由動坑力學踐可知桶，結晝構自巖由振短動時滑，時刻構的振甜幅：(5抄.2鞏)式中陜：―時刻軍的振稱動位貢移；－振執(zhí)幅；－阻且尼比剩；―被測類振動賢的圓茂頻率禁。

時刻的振幅：(5.3)則有：(5.4)兩邊取自然對數(shù)，則有：(5.5)阻尼恩比：(5院.6闊)阻尼牌系數(shù)夏：(5呢.7樸)為了健提高吧計算丘的精殲度，默實際育阻尼屈比計居算取酸k個鍋周期菌的衰械減進止行計赴算：(5臂.8噸)對于錢實際旺測試載曲線購無零酬線的逮情形隙：(5揉.9粥)常用濤方法廁：1脅突飲加荷盤載法突加臣荷載納法也部稱初笨速度宿加載滾法，街原理閱是利隙用錘雞擊或弟落重該物的充方法鋪使結繡構在卵瞬間皺受到馬沖擊賽，產(chǎn)含生一榆個初溫速度釋，使橋結構仔產(chǎn)生千振動溝。2氧突然帶卸載晃法突然疊卸載放法也摔稱為漢初位蓋移加惡載法槽，如襖圖5幕.2巡壽（a）所撤示在曉結構杯上拉誼一鋼剛絲繩蒼，使道結構怨產(chǎn)生把人為殲的初涌始位譽移，粘然后呢突然汁釋放助，使校結構點在靜打力平威衡位史置附冊近作弦自由夢振動禿。（a）

（b）圖5.2用張拉突卸法對結構施加沖擊力荷載1-結構物；2-鋼拉桿；3-保護索；4-鋼絲繩；5-鉸車；6-模型；7-鋼絲；8-滑輪；9-支架；10-重物；11-減振墊層對于結構驕小模影型可采拖用圖朋5.顛2（b）的爐方法屬，通仰過懸拋掛的泊重物雁對模廈型施廉加水談平拉門力，浙剪斷軟鋼絲杯繩產(chǎn)容生突湯然卸地荷，勒使結黃構產(chǎn)礙生振主動。優(yōu)點氧：結闖構自院振時烘荷載亡已不病存在妥，重疤物本氧身對炎結構原不會畫產(chǎn)生棋附加性影響尊。利用悔自由紹振動梨法一誼般只能獲得她結構紋的基狡本頻遞率及慶其阻牙尼。5.錢3.吃2共培振法共振懇法采個用能兵夠產(chǎn)掀生穩(wěn)慶態(tài)簡拜諧振幅動的咸起振熊機或共激振什器作找為振鵝源，芝使結慚構產(chǎn)虎生強濱迫簡原諧振眠動，殊借助后對結脾構受抬迫振遲動的掉測定罷，求欣得結隸構動才力特閃性的駝基本添參數(shù)釣。實驗蟻時，央把激壓振器砍安裝說在結前構的什適當煙位置艙，加束大激榴振器墻輸出京力量債，可標以迫基使結抹構產(chǎn)娃生周降期性支強迫隸振動蘇。當煤干擾須力的宣頻率懷與結戲構本怨身自備振頻尾率相瘡等時磁，結侍構就闖會出愉現(xiàn)共綿振。陡因此科，通南過改兇變激龍振器湊的頻曾率，缺可促斯使結肺構產(chǎn)胡生共你振反侍應，蘿記錄騎共振暑時共創(chuàng)振曲型線（稈圖5聽.3州）和航振型顆曲線伸（圖招5.首5）伸，通招過曲笨線分耀析，室可以找獲得欺結構菌的自劃振頻舒率和饑振型舍阻尼櫻比。0圖5臥.3掘為對暫建筑協(xié)物進目行頻牽率掃箱描試侮驗時趣所得棟到的羨時間膊歷程顆曲線澤。在農(nóng)共振膝頻率燦附近伐逐漸返調(diào)節(jié)挖激振始器的江頻率某，同而時記披錄結足構的尾振幅危，就便可做房誠出頻軋率—振幅逼關系桌曲線調(diào)（共吳振曲穴線）主。曲諷線上嗽峰值千所對暑應的閱頻率繪值即會為結蹲構的危自振陳頻率敢。圖5肥.3疊共是振時腸的振鞋動圖透形和年共振弦曲線從共嶄振曲而線上慨可以粒得到湯結構恭的阻橡尼系伐數(shù)，賽在圖蔬5.胸4中訂，在貨縱坐幣標最鼠大值俊0.愧70倆7千處死畫出根一條屯水平趴線與淘共振付曲線壤相交掀，交悠點對尚應的波頻率轟為、閥，則臣可求榮得該彈階頻荒率阻亦尼比澆為：(5寬.1團0)圖5亞.4扛由賴共振宇曲線齡求阻答尼系古數(shù)和尖阻尼垂比用共隙振法哭也可果以測亦定結脂構的遇振型贏。振型:山結構援在某沃一頻吩率下議做振趴動時市形成棵的彈窮性曲揮線?；l瞇--呆--何--貫-第墻一振辜型第二蹄頻率梨--跳--婦--映-第浮二振罵型第三符頻率籮--鍵--在--贏--避第三能振型將若晝干個戀測振主傳感猛器沿蕉結構門的高勿度或較跨度足方向杏連續(xù)詠布置傷(至猶少5唇個)養(yǎng)，當選結構絕自由拖振動略或共君振時腐，同接時記搬錄下娛結構羞各部飽位的秘振動匆情況濤，通南過比銷較各制點的許振幅說和相林位，修并將躲各測財點同欲一時喬刻的塞位移抬值連連接成俗一條爺曲線護，即僵可繪粥出該恩頻率格的振碗型圖債。5.窄3.臣3脈腦動法脈動喊實驗：建講筑物亦由于蔑受外史界干區(qū)擾而企處于呼微小共而不伴規(guī)則戶的振層動中祖。通很過測仁量建共筑物科的脈劍動反呈應波愧形來希確定曠建筑債物的帽動力肚特性屢。當采積用高捏靈敏駛度的脫傳感粉器、資借助仰放大踏記錄尸設備主，由剝數(shù)據(jù)蕉采集累儀采幻玉集，煮可以籠清楚帖地觀私測和龍記錄低這種利振動攪信號扶。由秀于環(huán)繭境引煤起的浴振動菠是隨閣機的絕，因釣而又田把這新種方驕法稱蠶為環(huán)境候隨機帆激勵弊法。優(yōu)點：測漏量中藍可以買不用店任何慘激振咐設備欺，對擔建筑餐物沒巖有任勒何損赴傷，顆不影舒響建攤筑物屯的正挖常使傭用，相在自控然環(huán)鍋境條誤件下起，即趁可測蟲量建涂筑結范構的撿響應蛾，經(jīng)岡過數(shù)建據(jù)分器析確季定其愉動力餅特性比。該方庫法適輕用于鑄測量閃整體罵結構體的動待力特束性，考是目斷前現(xiàn)拖場動征力特攔性測特試中術廣泛五應用斃的一況種方抱法。第5壇.4轟節(jié)拐結構宜動力北反應淚試驗本節(jié)蓬目錄1動應摩變測蒸量2動位叔移測么量3動力拔系數(shù)秩測量在實保際工稀程中膏，經(jīng)畫常需瓜要對弓動荷紗載作恩用下彈結構湯產(chǎn)生似的動呈力反艷應進棟行測覺定，窮包括姐測定珠結構謠在實捧際工構作時廳的動員力參班數(shù)（眼振幅克、頻華率、宿速度姜、加援速度助）、飽動應雹變、可動位懇移等信。與動緞荷載昏特性由試驗駐和結肚構動藝力特掙性試矩驗不婦同：竭動荷卸載特票性試蹲驗測偽定的疊對象伴是產(chǎn)逝生動咬荷載先的振瓦源；鴿結構前動力拌特性千試驗郵測定返的是舉結構違自身橋的動口力特添性；臉結構英動力填反應大試驗舟測試壤的是院動荷娘載和梁結構鍛相互與作用校下結穴構產(chǎn)趟生的劑響應銅。5.素4.點1零動應灑變測兄量測量捆結構螞在動站力荷歐載作潤用下成的動貞應變視，確健定動既荷載綱在結愚構中御引起糖的動牧應力枝，從采而對圍結構愚強度乓驗算意。一丈般采即用動但態(tài)電殿阻應比變儀墳配合海高速賢記錄爪儀(環(huán)磁帶耳記錄襪儀或停計算蠢機)尤測試蠟記錄地動態(tài)壩應變店。基本組要求粥：①選用經(jīng)疲勞年壽命位長的胞應變笨片；②選用桶小標碰距應佩變片港用以汁進行作高頻敘測量禍；③連接敗應變細片的府導線敞捆扎鵝成束隔，消弟除電慌容；④儀器擁的工斥作頻瓦率范召圍大紛于被輪測動密應變利信號奴頻率灶；⑤若測逗試時嘩間較僚長，當試驗摟前后粥要對寸儀器鉤進行跡標定帥。5.褲4.耍2紋動位嚇移測播量在結薦構控悲制斷徐面或祖在有削特殊秒生產(chǎn)鮮工藝逝要求擋的位狼置布紐奉置位碰移測豆點，谷測點美的布陷置原租則與申靜撓時度測洲量相卸同，呆測量屈動撓舅度的良傳感響器可卵以選買用電聲阻應末變式櫻傳感豪器，鞠采用色動態(tài)溝應變危儀進抗行測酷量和寒記錄酒。電也阻應豆變式辭傳感指器的指數(shù)據(jù)邊處理主與應霸變轉(zhuǎn)霧換和母動應敗力測役量相浪同。膚圖5聰.6麥所示季為一章橋梁針在動辮荷載投作用夠下的虜動應彼變和捧動撓彼度測錘量布予置。1314121圖5.6橋梁動應變和動撓度測量示意圖1－計算機；2－位移計；3－應變計；4－動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀5.潑4.安3顧動力噸系數(shù)卸測量承受招移動瓣荷載慶的結聚構如揚橋梁役、吊萌車梁框等，遺試驗浙檢測范時常愈常需誤要確勁定其袖動力此系數(shù)葵，以終判定劣結構課的工碼作情餡況。廳移動拾荷載寶作用虧于結邪構上匠所產(chǎn)隙生的宿動撓乳度，專往往局比靜頭荷載纖時產(chǎn)殲生的豆撓度飲大。動撓盯度和理靜撓天度的謝比值爺稱為類動力巴系數(shù)稅。結構帳動力板系數(shù)例一般每用試雪驗方吉法實獵測確延定。美為了毀求得跪動力圈系數(shù)買，先饑使移植動荷測載以膠最慢復的速份度駛沫過結毫構，笑測得紗撓度臟圖如要圖5.準6（a），核然后廣使移留動荷絲式載按輝某種礦速度妥駛過慮，這狠時結灰構產(chǎn)養(yǎng)生最疊大撓青度吊如硬圖5.摸6（b）。組圖上滾最大現(xiàn)靜撓況度化和最偶大動蛛撓度填，即傲可求機得動斬力系描數(shù)。（5.槐10）圖5.蹲6移動略荷載稅作用凈下荷門載變刺形結楚構圖（a）有弓軌慢態(tài)速行綱駛變兇形記曠錄；鏟(b)有坡軌按婦一定繳速度呈行駛煙變形愈記錄岸；（c）無街軌高報速行文駛變劣形記拼錄第5腫.5竹節(jié)踢結構狀風洞反試驗風對少人類助造成暖的災紫害，寧有相沖當一勺部分非是通舊過構匠筑物舞的破悄壞而舟產(chǎn)生添的，喪僅就勢建筑苗物而想言，播人類川在挑綿戰(zhàn)高羞度和散跨度美的實掩踐中駐取得弓了顯窯著的候成就統(tǒng)，但桂在這脊一過刻程也題存在尼著失咱敗或狠事故巖時有攝發(fā)生立，事岡實上牙，也斜正是奮這些劍失敗醋或事令故反青過來舞促使合人們眾進行勇進一蟻步的普創(chuàng)新柄研究服。在對萄風荷患載進嘉行研割究的濤早起偶，風善對結辟構的孫作用駐一直唯僅被資當作喘靜力水作用棟來處開理，隨直到犯19陣40雖年美總國塔唯科馬惹海峽利大橋鞠（T闊ac碑om隔a雖Na些rr五ow仔B谷ri四dg士e）各發(fā)生趁風振克坍塌眼后人螞們才笛開始船逐步賓研究宋并認逮識風忽對結炮構的斬動力跳作用撓，塔談科馬產(chǎn)海峽蠟大橋乏倒塌哨前后燃對比裹見圖涌5.擺7。圖5勝.7仔塔匹科馬胖海峽極大橋峰風毀帖前后恥對比鉤圖20堆世紀想50莫年代靈開始眉，結兇構風藏洞試棄驗開糾始成利為結宋構抗襲風設慨計和喇檢驗排的重少要手共段。20排世紀廟70肥年代題初開竹始對細實際蘋高層眾建筑白物進委行風車壓觀筋測，許從1兼98止4年供北京阻大學鼓建成嫩了我死國首拐座風鞋洞以著來，執(zhí)國內(nèi)賀比較寺著名糊的土耳木工折程風鋤洞試猛驗室術有同臉濟大燒學風活洞試朱驗室覺、湖窮南大手學風敵洞試筑驗室脆、哈貢爾濱村工業(yè)晝大學點風洞鉤與波去浪模暗擬實恰驗室閥和汕槽頭大造學風唐洞實叛驗室減等。風荷虧載是衫建筑環(huán)結構奏設計勇荷載吉之一筋，對關于超甜高層弓建筑幅、大賴跨度澡結構啄和高授聳結撐構而告言，懂風荷攪載是拳主要充的作堤用，例如稱在結堂構抗努風設把計時址需要者結構村的體樸形系獅數(shù)和辰風振籃系數(shù)惱，但孝僅依致靠荷幻玉載規(guī)秘范，霧往往百很難騰精確其得到偉。在驅(qū)實際菊中，集常采貪用風其洞試另驗來行準確削獲得缺體形筋復雜碎結構鏡的體蜂型系餐數(shù)和撤風振樂系數(shù)唱。我國《高熔層建鐵筑混零凝土高結構活技術史規(guī)程漁》(桿JG塞J3正-2快01續(xù)0)跪中4艱.2培.8似條也疾規(guī)定梯：房犯屋高程度大協(xié)于2部00窗m或駁有下燙列情遞況之拾一時飽，宜筍進行搏風洞刊試驗楚確定扎建筑題物的壯風荷撇載：①平吹面形等狀不段規(guī)則舞，立崇面形傭狀復親雜；②立面國開洞對或連追體建種筑；③周圍超地形接和環(huán)帳境較面復雜休。確定加風荷貢載的溝手段汽主要煙有風獅洞試棄驗、素現(xiàn)場壯實測頭和數(shù)暈值模窩擬等刊，風洞胡試驗是目蚊前較震為準照確、添可靠溫且應團用最以為廣爹泛的轎研究辛方法怠。從流輸動方榆式來寶看，疲風洞委試驗嫁總體述上可梅劃分鴿為兩淺個基異本類聚型：孕即開稠口直論流式乓風洞纏（圖頑5.浮8、骨圖5威.9宏）和悔閉口精回流研式風慌洞（毛圖5惠.1羞0、撞圖5嘉.1肅1）小。從風哲洞試展驗段盯的構課造來醫(yī)看又滋有封兄閉式夫和敞乘開式家之分苗。封雷閉式溜試驗章段以讓矩形非斷面竭常見產(chǎn)，是霜由頂羽板、主底板渴、兩窩側(cè)板舞面圍竿成的抹與四扇周隔謀離的協(xié)封閉牢試驗庸空間濁。敞潛開式妥試驗背段四疊周沒艘有隔智離板賽，試營驗空廚間與剃外界城相通糾。圖5吉.8農(nóng)典凱型開萬口直版流邊茂界層韻風洞慎示意域圖（奪同濟揪大學遵TJ全-1奇風洞頭）圖5章.9款中熄國建喂筑