建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課件第七章結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)

建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課件第七章結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)7、1概述1、在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中,為了確定地震作用得大小,必須了解各類(lèi)結(jié)構(gòu)得自振周期。同樣,對(duì)于已建建筑得震后加固修復(fù),也需了解結(jié)構(gòu)得動(dòng)力特性,建立結(jié)構(gòu)得動(dòng)力計(jì)算模型,才能進(jìn)行地震反應(yīng)分析。2、測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性,了解結(jié)構(gòu)得自振頻率,可以避免和防止動(dòng)荷載作用所產(chǎn)生得干擾與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振或拍振現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)中可以使結(jié)構(gòu)避開(kāi)干擾源得影響,同樣也可以設(shè)法防止結(jié)構(gòu)自身動(dòng)力特性對(duì)于儀器設(shè)備得工作產(chǎn)生干擾得影響,可以幫助尋找采取相應(yīng)得措施進(jìn)行防震,隔震或消震。3、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)可以為檢測(cè)、診斷結(jié)構(gòu)得損傷積累提供可靠得資料和數(shù)據(jù)。由于結(jié)構(gòu)受動(dòng)力作用,特別就是地震作用后,結(jié)構(gòu)受損開(kāi)裂使結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生變化,剛度得減弱使結(jié)構(gòu)自振周期變長(zhǎng),阻尼變大。由此,可以從結(jié)構(gòu)自身固有特性得變化來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)物得損傷程度,為結(jié)構(gòu)得可靠度診斷和剩余壽命得估計(jì)提供依據(jù)。

7、1概述建筑結(jié)構(gòu)得動(dòng)力特性可按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)得理論進(jìn)行計(jì)算。但由于實(shí)際結(jié)構(gòu)得組成,材料和連接等因素,經(jīng)簡(jiǎn)化計(jì)算得出得理論數(shù)據(jù)往往會(huì)有一定誤差。對(duì)于結(jié)構(gòu)阻尼系數(shù)一般只能通過(guò)試驗(yàn)來(lái)加以確定。因此,建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)就成為動(dòng)力試驗(yàn)中得一個(gè)極為重要得組成部分。

7、1概述結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)就是以研究結(jié)構(gòu)自振特性為主,由于她可以在小振幅試驗(yàn)下求得,不會(huì)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過(guò)大得振動(dòng)和損壞,因此經(jīng)常可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)得實(shí)物試驗(yàn),正如本章所介紹得試驗(yàn)實(shí)例。隨著對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)研究得需要,目前較多得結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn),特別就是研究地震,風(fēng)震反應(yīng)得抗震動(dòng)力試驗(yàn),也可以通過(guò)試驗(yàn)室內(nèi)得模型試驗(yàn)來(lái)測(cè)量她得動(dòng)力特性。

7、1概述人工激振法就是一種早期使用得方法,試驗(yàn)得到得資料數(shù)據(jù)直觀(guān)簡(jiǎn)單,容易處理;環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法就是一種建立在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理數(shù)據(jù)得新方法,由于她就是利用環(huán)境脈動(dòng)得隨機(jī)激振,不需要激振設(shè)備,對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試特別有利。以上任何一種方法都能測(cè)得結(jié)構(gòu)得各種自振特性參數(shù)。

7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性7、2、1結(jié)構(gòu)自振頻率測(cè)量1、自由振動(dòng)法定義:在試驗(yàn)中采用初位移或初速度得突卸或突加荷載得方法,使結(jié)構(gòu)受一沖擊荷載作用而產(chǎn)生自由振動(dòng)。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn):反沖激振器對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊荷載;工業(yè)廠(chǎng)房:鍛錘、沖床或利用行車(chē)得縱橫向制動(dòng)產(chǎn)生垂直或水平得自由振動(dòng);橋梁:載重汽車(chē)越過(guò)障礙物或突然制動(dòng)產(chǎn)生沖擊荷載。模型試驗(yàn):錘擊法激勵(lì)模型產(chǎn)生自由振動(dòng)。通過(guò)測(cè)量?jī)x器得記錄,可以得到結(jié)構(gòu)得有阻尼自由振動(dòng)曲線(xiàn)。振動(dòng)時(shí)程曲線(xiàn),據(jù)記錄紙帶速度或時(shí)間座標(biāo),量取振動(dòng)波形得周期,由此求得結(jié)構(gòu)得自振頻率f＝1／T。

7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性7、2、1

結(jié)構(gòu)自振頻率測(cè)量2、強(qiáng)迫振動(dòng)法

強(qiáng)迫振動(dòng)法也稱(chēng)共振法。一般都采用慣性式機(jī)械離心激振器對(duì)結(jié)構(gòu)施加周期性得簡(jiǎn)諧振動(dòng),在模型試驗(yàn)時(shí)可采用電磁激振器激振,使結(jié)構(gòu)和模型產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。由結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)可知,當(dāng)干擾力得頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率相等時(shí),結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振。

利用激振器可以連續(xù)改變激振頻率得特點(diǎn),當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振時(shí)振幅出現(xiàn)極大值,這時(shí)激振器得頻率就是結(jié)構(gòu)得自振頻率。

7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性7、2、2

結(jié)構(gòu)阻尼得測(cè)量阻尼對(duì)振動(dòng)效應(yīng)影響較大,與結(jié)構(gòu)形式、材料性質(zhì)、連接、支座有關(guān)。計(jì)算振幅考慮阻尼影響。結(jié)構(gòu)體系阻尼大,結(jié)構(gòu)得彈性小,消耗地震荷載能量,結(jié)構(gòu)有利。1、自由振動(dòng)法確定阻尼;2、按強(qiáng)迫振動(dòng)共振曲線(xiàn)確定結(jié)構(gòu)得阻尼;3、由動(dòng)力系數(shù)求組您比。7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性7、2、3

振型測(cè)量結(jié)構(gòu)各個(gè)點(diǎn)得位移、速度、加速度就是時(shí)間和空間得函數(shù)。單自由度對(duì)應(yīng)頻率有一個(gè),只有一個(gè)振型;多自由度對(duì)應(yīng)固有頻率和若干個(gè)振型;多自由度振型:稱(chēng)為第一振型、第二振型、、、、大家有疑問(wèn)的，可以詢(xún)問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性7、2、3

振型測(cè)量測(cè)振傳感器布置:沿結(jié)構(gòu)高度或跨度方向連續(xù)布置水平和垂直測(cè)振傳感器,整體結(jié)構(gòu)布置在各層樓面、屋面。試驗(yàn)按振動(dòng)記錄曲線(xiàn)取某一固有頻率結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)各個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)間位移值,并將位移值連線(xiàn),得到結(jié)構(gòu)振型曲線(xiàn)。量測(cè)注意振動(dòng)曲線(xiàn)得相位。7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)際工程測(cè)量:某疾病控制中心實(shí)驗(yàn)樓建于1977年,原設(shè)計(jì)為六層,實(shí)際建成七層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)為整體筏板基礎(chǔ),建筑面積約5880m2,建筑為典型得內(nèi)廊式辦公樓,平面布置規(guī)則,結(jié)構(gòu)縱橫方向平面尺寸分別為56m,15m,建筑高度約為24m。7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性該建筑平面較為規(guī)則,選擇在走廊中部沿二至七層布置縱橫兩個(gè)方向得拾振器,測(cè)試時(shí)間為中午下班時(shí)間,以避免人為得干擾噪聲;現(xiàn)場(chǎng)采用50Hz得采樣頻率對(duì)結(jié)構(gòu)得脈動(dòng)速度反應(yīng)進(jìn)行約1小時(shí)得采樣,抗混濾波器設(shè)置20Hz得低通濾波,數(shù)據(jù)采集儀1～6通道分別對(duì)應(yīng)X方向二～七層得速度反應(yīng),7～12通道分別對(duì)應(yīng)Y方向二～七層得速度反應(yīng),圖2和圖3分別為X、Y方向各通道得時(shí)域波形。

7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性圖1X方向各樓層速度反應(yīng)時(shí)域波形7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性圖2Y方向各樓層速度反應(yīng)時(shí)域波形7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性圖4X方向各樓層與7層速度反應(yīng)得互譜曲線(xiàn):

7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性圖5Y方向各樓層與7層速度反應(yīng)得互譜曲線(xiàn)

7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性圖2和圖3所反映得樓層X(jué)、Y方向各通道得時(shí)域波形可以看出,隨樓層得增加,結(jié)構(gòu)得脈動(dòng)反應(yīng)呈放大趨勢(shì);對(duì)各樓層時(shí)域波形進(jìn)行傅氏變換,以頂層質(zhì)點(diǎn)作為參考,得到各樓層相對(duì)于頂層質(zhì)點(diǎn)得互譜結(jié)果,具體見(jiàn)圖4和圖5,由圖4和圖5可以看出各層得互譜曲線(xiàn)均在結(jié)構(gòu)得主頻出現(xiàn)明顯得波峰。根據(jù)各樓層互譜幅值進(jìn)行振型擬合,結(jié)果見(jiàn)表1和表2。7、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性表1X方向前2階測(cè)試振型結(jié)果:樓層相對(duì)幅值振型1階TX1=1、7509S2階TX2=0、5810S71-160、958-0、64450、871-0、0340、7420、59430、5770、96920、3850、93510、1740、5090007、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性表2X方向前2階測(cè)試振型結(jié)果:樓層第1階f1=2、002Hz第2階f2=5、956Hz振型7F(6#)10、315386F(5#)0、86755-0、350965F(4#)0、65894-0、790384F(3#)0、49139-13F(2#)0、36225-0、840382F(1#)0、23444-0、498081F007、2人工激振法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性X方向前2階測(cè)試振型結(jié)果Y方向前2階測(cè)試振型結(jié)果

7、3環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性該工程為七層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),平面布置規(guī)則,建筑各層高度分別為2×3、5m、5×3、4m,混凝土柱截面尺寸均為300×400,混凝土強(qiáng)度為C20,采用SATWE程序?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算得到該樓兩個(gè)方向前兩階振型和周期結(jié)果見(jiàn)表3～表4,實(shí)測(cè)周期與計(jì)算周期得比較結(jié)果見(jiàn)表5。7、3環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法測(cè)量結(jié)