《建筑結(jié)構(gòu)檢測》 動載實驗

1、1第七章第七章 動載檢測動載檢測 對于那些在實際使用對于那些在實際使用中直接承受移動荷載或經(jīng)常中直接承受移動荷載或經(jīng)常性振動的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，性振動的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，除了除了基本的靜載檢測基本的靜載檢測以外，常以外，常常常須要作動載檢測須要作動載檢測。因為動荷載產(chǎn)生的動力效應(yīng)有時。因為動荷載產(chǎn)生的動力效應(yīng)有時遠遠大于相應(yīng)的靜力效應(yīng)，甚至一個不太大的動荷載遠遠大于相應(yīng)的靜力效應(yīng)，甚至一個不太大的動荷載能使結(jié)構(gòu)遭受嚴重破壞。能使結(jié)構(gòu)遭受嚴重破壞。 近年來，隨著我國高層建筑物的增多和國防建設(shè)近年來，隨著我國高層建筑物的增多和國防建設(shè)的需要、以及西南水電開發(fā)的進行，有關(guān)建筑物抗震的需要、以及西南水電開發(fā)的進行

2、，有關(guān)建筑物抗震抗爆研究的動載檢測就顯得愈來愈重要了?？贡芯康膭虞d檢測就顯得愈來愈重要了。2一、一、動載檢測內(nèi)容動載檢測內(nèi)容振源動力特性檢測振源動力特性檢測結(jié)構(gòu)動力特性檢測結(jié)構(gòu)動力特性檢測(自振頻率、阻尼系數(shù)、振型自振頻率、阻尼系數(shù)、振型)主振源探測主振源探測振源動力特性測試振源動力特性測試逐臺開動法逐臺開動法波形分析法波形分析法直接測定法直接測定法間接測定法間接測定法結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)檢測（振幅、頻率、加速度、動應(yīng)力等）結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)檢測（振幅、頻率、加速度、動應(yīng)力等）結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的疲勞試驗結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的疲勞試驗3（一）、振源動力特性檢測（一）、振源動力特性檢測 振源動力特性包括振動力的大小、方向、振

3、型、頻率及其振源動力特性包括振動力的大小、方向、振型、頻率及其作用規(guī)律等。作用規(guī)律等。測定振源的動力特性為建筑物的隔振和減振設(shè)計測定振源的動力特性為建筑物的隔振和減振設(shè)計提供依據(jù)。提供依據(jù)。 1、主振源探測主振源探測 如果作用在結(jié)構(gòu)上的動荷載是由多個振源產(chǎn)生的，則應(yīng)首如果作用在結(jié)構(gòu)上的動荷載是由多個振源產(chǎn)生的，則應(yīng)首先找出先找出對結(jié)構(gòu)振動起主導(dǎo)用且危害最大的主振源對結(jié)構(gòu)振動起主導(dǎo)用且危害最大的主振源然后再測定然后再測定其動力特性。確定主振源的方法有兩種：其動力特性。確定主振源的方法有兩種： (1)逐臺開動法逐臺開動法 將建筑物內(nèi)的機器將建筑物內(nèi)的機器逐一地使之單獨運轉(zhuǎn)逐一地使之單獨運轉(zhuǎn)，觀測結(jié)

4、構(gòu)所發(fā)生的，觀測結(jié)構(gòu)所發(fā)生的振動情況，從中確定哪是主振源。這種方法簡單，但是往往由振動情況，從中確定哪是主振源。這種方法簡單，但是往往由于影響生產(chǎn)而難以實行。于影響生產(chǎn)而難以實行。4(2)波形分析法波形分析法 在正常生產(chǎn)的情況下在正常生產(chǎn)的情況下實測建筑物的振動波形圖實測建筑物的振動波形圖，然后，然后對波對波形圖進行分析形圖進行分析，按照不同振源將會引起規(guī)律不同的強迫振動這，按照不同振源將會引起規(guī)律不同的強迫振動這一特點，間接判斷出合成振動是由哪些頻率成分組成的，哪一一特點，間接判斷出合成振動是由哪些頻率成分組成的，哪一種頻率成分具有較大的幅值，從而判斷哪一種振源是主振源。種頻率成分具有較大的

5、幅值，從而判斷哪一種振源是主振源。2、振源動力特性測試振源動力特性測試 對于地震、風(fēng)力、海浪力等特殊的動荷載對于地震、風(fēng)力、海浪力等特殊的動荷載可以可以利用已有利用已有的長期觀測資料分析其特性的長期觀測資料分析其特性。這種分析具有一定的代表性和概。這種分析具有一定的代表性和概括性，但是要充分考慮到這種由統(tǒng)計資料分析出的平均結(jié)果可括性，但是要充分考慮到這種由統(tǒng)計資料分析出的平均結(jié)果可能與要解決的具體工程問題不相適合，具體問題要作具體的分能與要解決的具體工程問題不相適合，具體問題要作具體的分析。析。5 對于對于動力設(shè)備，一般采用下述方法測定動力特性動力設(shè)備，一般采用下述方法測定動力特性： (1)直

6、接測定法直接測定法 此法是此法是應(yīng)用傳感器直接測定振源特性應(yīng)用傳感器直接測定振源特性例如，將加速度傳例如，將加速度傳感器裝在機器的往復(fù)運動部位上，可以直接測出往復(fù)運動部件感器裝在機器的往復(fù)運動部位上，可以直接測出往復(fù)運動部件的加速度變化規(guī)律，已知運動部件的質(zhì)量，就可求得慣性力，的加速度變化規(guī)律，已知運動部件的質(zhì)量，就可求得慣性力，將測力傳感器安裝在設(shè)備底座和結(jié)構(gòu)之間，可以直接測出機器將測力傳感器安裝在設(shè)備底座和結(jié)構(gòu)之間，可以直接測出機器傳給結(jié)構(gòu)的振動力。傳給結(jié)構(gòu)的振動力。 (2)間接測定法間接測定法 此法是比較振源的承載結(jié)構(gòu)（樓板、框架或基礎(chǔ)）在已知此法是比較振源的承載結(jié)構(gòu)（樓板、框架或基礎(chǔ)）

7、在已知動荷裁作用下的振動情況和待測振源作用下的振動情況，從而動荷裁作用下的振動情況和待測振源作用下的振動情況，從而間接得出待測振源的特性數(shù)據(jù)。間接得出待測振源的特性數(shù)據(jù)。6 測定時，在振源旁設(shè)置一臺激振器，先開動振源，記錄測定時，在振源旁設(shè)置一臺激振器，先開動振源，記錄承載結(jié)構(gòu)振動情況，再開動激振器逐漸調(diào)節(jié)其頻率和作用力承載結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生同樣振動，由于激振器的頻率和作用力的大小，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生同樣振動，由于激振器的頻率和作用力已知，這樣也可以求得振源的特性。這種方法對于產(chǎn)生簡諧已知，這樣也可以求得振源的特性。這種方法對于產(chǎn)生簡諧振動的振源效果最好

8、。振動的振源效果最好。 7（二）、（二）、結(jié)構(gòu)動力特性檢測結(jié)構(gòu)動力特性檢測 結(jié)構(gòu)的動力特性又稱為結(jié)構(gòu)自振特性結(jié)構(gòu)的動力特性又稱為結(jié)構(gòu)自振特性 建筑結(jié)構(gòu)的動力特性主要包括三個參數(shù)建筑結(jié)構(gòu)的動力特性主要包括三個參數(shù)（1）固有頻率（或）固有頻率（或周期）；（周期）；（2）振型；（）振型；（3）阻尼（阻尼比）阻尼（阻尼比） 每個結(jié)構(gòu)都有他的自振特性，它是結(jié)構(gòu)自身固有的一種屬性。每個結(jié)構(gòu)都有他的自振特性，它是結(jié)構(gòu)自身固有的一種屬性。它主要取決于結(jié)構(gòu)的組成形式、剛度、質(zhì)量分布、材料性質(zhì)等，它主要取決于結(jié)構(gòu)的組成形式、剛度、質(zhì)量分布、材料性質(zhì)等，與與外荷載無關(guān)外荷載無關(guān)。不同的外荷載，并不改變結(jié)構(gòu)的自振特性

9、。相。不同的外荷載，并不改變結(jié)構(gòu)的自振特性。相反，同樣的外荷載，不同的結(jié)構(gòu)自振特性，它的動力反應(yīng)是不反，同樣的外荷載，不同的結(jié)構(gòu)自振特性，它的動力反應(yīng)是不一樣的。例如：同一地震荷載，不同的建筑物由于他們各自的一樣的。例如：同一地震荷載，不同的建筑物由于他們各自的自振特性不同，其動力反應(yīng)可以相差幾倍或十幾倍之多。自振特性不同，其動力反應(yīng)可以相差幾倍或十幾倍之多。 常用的測定方法有三種：常用的測定方法有三種： 自由振動法自由振動法 共振法共振法 脈動法脈動法8(1)自由振動法自由振動法 采用突然加載、突然卸載、發(fā)射小火箭或爆炸等方采用突然加載、突然卸載、發(fā)射小火箭或爆炸等方法法。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動

10、，通過記錄的自由振動曲線可。使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動，通過記錄的自由振動曲線可以求出結(jié)構(gòu)的基本頻率和阻尼系數(shù)以求出結(jié)構(gòu)的基本頻率和阻尼系數(shù);如下圖所示如下圖所示。9.求結(jié)構(gòu)的基本頻率求結(jié)構(gòu)的基本頻率: 如下圖所示，為了消除沖擊力的影響，如下圖所示，為了消除沖擊力的影響，最初的一、最初的一、二個波的振幅不用，取若干個波的總時間除以波數(shù)得二個波的振幅不用，取若干個波的總時間除以波數(shù)得出的平均數(shù)，即為基本周期其倒數(shù)即為基本頻率。出的平均數(shù)，即為基本周期其倒數(shù)即為基本頻率。T=8/4=2(秒秒) f=1/T=1/2=0.5(Hz)10 .結(jié)構(gòu)的阻尼比結(jié)構(gòu)的阻尼比: 用對數(shù)衰減率或臨界阻尼比來表示。根據(jù)動力學(xué)

11、用對數(shù)衰減率或臨界阻尼比來表示。根據(jù)動力學(xué)公式，在有阻尼的自由振動中相鄰兩振幅按指數(shù)曲公式，在有阻尼的自由振動中相鄰兩振幅按指數(shù)曲線規(guī)律遞減。線規(guī)律遞減。2211,rTrTnnnnaaa eea 式中式中an為第為第n個波的峰峰值；個波的峰峰值；an+1為第為第n+1個波的個波的峰峰值；峰峰值；r為衰減系數(shù)為衰減系數(shù)11 對兩邊同時取對數(shù)，得對兩邊同時取對數(shù)，得2211,r Tr Tnnnnaaaeea12 lnnnar Ta 在整個衰減過程中，在整個衰減過程中，衰減系數(shù)衰減系數(shù) 不一定保持不不一定保持不變，變，因此在實際工作中，因此在實際工作中，常采用平均對數(shù)衰減率常采用平均對數(shù)衰減率，這時

12、就在振動記錄圖上量取這時就在振動記錄圖上量取k個波，則個波，則:1lnln2nnaaeTra.對數(shù)衰減率對數(shù)衰減率2lnnn kaka平均則則122lnnn kaka平均 b.臨界阻尼比為臨界阻尼比為式中式中an+k為第為第n+k個波的振幅。個波的振幅。2cD平均13 (2)共振法共振法 共振法是利用專門的激振器（電磁式激振器和偏心式激振共振法是利用專門的激振器（電磁式激振器和偏心式激振器），對結(jié)構(gòu)施加變頻簡諧動荷載，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生穩(wěn)定的強迫簡器），對結(jié)構(gòu)施加變頻簡諧動荷載，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生穩(wěn)定的強迫簡諧振動，借助對結(jié)構(gòu)受迫振動的測定，求得結(jié)構(gòu)動力特性的基諧振動，借助對結(jié)構(gòu)受迫振動的測定，求得結(jié)構(gòu)動力特

13、性的基本參數(shù)。本參數(shù)。 由結(jié)構(gòu)動力學(xué)可知當(dāng)干擾力頻率等于結(jié)構(gòu)本身的固有頻由結(jié)構(gòu)動力學(xué)可知當(dāng)干擾力頻率等于結(jié)構(gòu)本身的固有頻率時，結(jié)構(gòu)就會發(fā)生共振。因此，連續(xù)改變激振器的頻率，使率時，結(jié)構(gòu)就會發(fā)生共振。因此，連續(xù)改變激振器的頻率，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，則記錄下的頻率，即結(jié)構(gòu)的固有頻率。工程結(jié)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，則記錄下的頻率，即結(jié)構(gòu)的固有頻率。工程結(jié)構(gòu)都是具有連續(xù)分布質(zhì)量的系統(tǒng)，嚴格說來，其固有頻率不是構(gòu)都是具有連續(xù)分布質(zhì)量的系統(tǒng)，嚴格說來，其固有頻率不是一個，而有無限多個。對于一般的動力問題，了解其最低的基一個，而有無限多個。對于一般的動力問題，了解其最低的基本頻率最重要。對于較復(fù)雜的動力問題，也只需要了解

14、若干個本頻率最重要。對于較復(fù)雜的動力問題，也只需要了解若干個固有頻率即可滿足要求。固有頻率即可滿足要求。 使結(jié)構(gòu)發(fā)生第一次共振、第二次共振、第三次共振使結(jié)構(gòu)發(fā)生第一次共振、第二次共振、第三次共振.，就可得到結(jié)構(gòu)的第一頻率、第二頻率、第三頻率等圖。就可得到結(jié)構(gòu)的第一頻率、第二頻率、第三頻率等圖。從共振曲線中可以分析出結(jié)構(gòu)的動力特性。從共振曲線中可以分析出結(jié)構(gòu)的動力特性。1415 測試時，將起振機牢固地安裝在結(jié)構(gòu)物上，整體建測試時，將起振機牢固地安裝在結(jié)構(gòu)物上，整體建筑物沿水平方向激振，梁、板等構(gòu)件沿垂直方向激振。筑物沿水平方向激振，梁、板等構(gòu)件沿垂直方向激振。在共振頻率附近逐漸調(diào)節(jié)起振機的頻率，

15、同時記錄下結(jié)在共振頻率附近逐漸調(diào)節(jié)起振機的頻率，同時記錄下結(jié)構(gòu)的振幅，就可以作出頻率振幅關(guān)系曲線構(gòu)的振幅，就可以作出頻率振幅關(guān)系曲線(共振曲線共振曲線)，如圖所示。如圖所示。16 在共振曲線上，在共振曲線上，從縱坐標(biāo)最大值從縱坐標(biāo)最大值ymax的的0.707倍處作倍處作一水平線與共振曲線相交于一水平線與共振曲線相交于A、B兩點，兩點，其對應(yīng)的橫坐其對應(yīng)的橫坐標(biāo)記為標(biāo)記為 與與 ，則有阻尼系數(shù)，則有阻尼系數(shù):11112臨界阻尼比臨界阻尼比11112cD17 用共振法測定用共振法測定振型振型時，要把若干個抬振器布置在結(jié)時，要把若干個抬振器布置在結(jié)構(gòu)的各個部位，當(dāng)起振機使結(jié)構(gòu)發(fā)生共振時，記錄下結(jié)構(gòu)的

16、各個部位，當(dāng)起振機使結(jié)構(gòu)發(fā)生共振時，記錄下結(jié)構(gòu)各部分的振動圖，將各點的振幅按一定比例和正負值構(gòu)各部分的振動圖，將各點的振幅按一定比例和正負值畫在圖上，即為畫在圖上，即為該頻率該頻率時的時的振型圖振型圖，如下圖所示。，如下圖所示。18 振型振型:是結(jié)構(gòu)共振時形成的彈性變形曲線。是結(jié)構(gòu)共振時形成的彈性變形曲線。對應(yīng)于第對應(yīng)于第一次共振、第二次共振、一次共振、第二次共振、.的頻率稱為基頻、的頻率稱為基頻、.，對，對應(yīng)于基頻、第二基頻、應(yīng)于基頻、第二基頻、.的振型稱為第一振型、第二的振型稱為第一振型、第二振型、振型、.。19 當(dāng)測點數(shù)超過已有拾當(dāng)測點數(shù)超過已有拾振器數(shù)量振器數(shù)量或記錄器所能觀或記錄器所

17、能觀測的點數(shù)時，則可以測的點數(shù)時，則可以逐次逐次移動拾振器移動拾振器，幾次測量，幾次測量，但以但以一個測點作為參考點。一個測點作為參考點。各次測量中位于參考各次測量中位于參考點的拾振器不能移動，而點的拾振器不能移動，而且各次測量的結(jié)果都要與且各次測量的結(jié)果都要與參考點的曲線比較相位。參考點的曲線比較相位。參考點不得選在節(jié)點的部參考點不得選在節(jié)點的部位位。20 (3)脈動法脈動法 脈動法是脈動法是通過測量建筑物由于外界環(huán)境脈動通過測量建筑物由于外界環(huán)境脈動(如地面如地面脈動、氣流脈動等脈動、氣流脈動等)而產(chǎn)生的微幅振動而產(chǎn)生的微幅振動，來，來確定建筑物確定建筑物的動力特性。的動力特性。 進行脈動

18、觀測時，應(yīng)避開機器等有規(guī)則振動的影進行脈動觀測時，應(yīng)避開機器等有規(guī)則振動的影響；記錄儀器應(yīng)有較寬的頻帶，且觀測時間要足夠響；記錄儀器應(yīng)有較寬的頻帶，且觀測時間要足夠長；觀測點應(yīng)沿建筑物的高度和水平方向布置，如果長；觀測點應(yīng)沿建筑物的高度和水平方向布置，如果測點較多，拾振器數(shù)量不夠或超過記錄裝置能容納的測點較多，拾振器數(shù)量不夠或超過記錄裝置能容納的觀測點數(shù)時，可分批觀測，但必須使一個拾振器固定不觀測點數(shù)時，可分批觀測，但必須使一個拾振器固定不動，作為各次觀測的比較標(biāo)準(zhǔn)。動，作為各次觀測的比較標(biāo)準(zhǔn)。 建筑物脈動反應(yīng)記錄的分析常采用以下方法：建筑物脈動反應(yīng)記錄的分析常采用以下方法： 主諧量法主諧量法

19、 統(tǒng)計法統(tǒng)計法 頻譜分析法頻譜分析法21三、三、結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)檢測結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)檢測 在生產(chǎn)和科研中，有時須要確定動荷載在結(jié)構(gòu)中在生產(chǎn)和科研中，有時須要確定動荷載在結(jié)構(gòu)中引起的引起的附加動應(yīng)力附加動應(yīng)力，從而驗算結(jié)構(gòu)的強度；，從而驗算結(jié)構(gòu)的強度； 有時須要確定動荷載引起結(jié)構(gòu)物的有時須要確定動荷載引起結(jié)構(gòu)物的振動位移振動位移，從而，從而判斷該結(jié)構(gòu)的剛度能否滿足使用和工藝要求；判斷該結(jié)構(gòu)的剛度能否滿足使用和工藝要求； 有時須要確定移動的動荷載對結(jié)構(gòu)物的有時須要確定移動的動荷載對結(jié)構(gòu)物的動力效應(yīng)動力效應(yīng)，為，為設(shè)計計算結(jié)構(gòu)物設(shè)計計算結(jié)構(gòu)物(如吊車梁等如吊車梁等)提供實測動力系數(shù)等等。提供實測動力系數(shù)等等

20、。 1動應(yīng)力的測定動應(yīng)力的測定 動應(yīng)力測定的過程是先記錄下應(yīng)變隨時間變化的波動應(yīng)力測定的過程是先記錄下應(yīng)變隨時間變化的波形圖然后依據(jù)虎克定律將動應(yīng)變換算成動應(yīng)力。形圖然后依據(jù)虎克定律將動應(yīng)變換算成動應(yīng)力。22如圖所示如圖所示.從從動應(yīng)變波形動應(yīng)變波形圖可以測取圖可以測取如下動參數(shù)：如下動參數(shù)： 應(yīng)變頻率應(yīng)變頻率 應(yīng)變周期應(yīng)變周期 最大正應(yīng)變最大正應(yīng)變最大負應(yīng)變最大負應(yīng)變 瞬時正應(yīng)變瞬時正應(yīng)變 瞬時負應(yīng)變瞬時負應(yīng)變 23 在開始測量前，首先進行標(biāo)定(前標(biāo)定)，它由動態(tài)電阻應(yīng)變儀（或動態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)）給出一個標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變0，在分析（或記錄系統(tǒng)）系統(tǒng)顯示屏上得到標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變的幅高H1、H2。在測量后，應(yīng)再次

21、標(biāo)定，這樣在動應(yīng)變曲線后，又可得一標(biāo)定值H3、H4(后標(biāo)定)。在進行動態(tài)應(yīng)變曲線分析時，就以此為標(biāo)準(zhǔn)尺度來確定被測動態(tài)應(yīng)變之振幅。 L L0 0：時標(biāo)的周期記錄長度：時標(biāo)的周期記錄長度L L：被測信號的周期記錄長度：被測信號的周期記錄長度 f f0 0: :為時標(biāo)訊號頻率，為時標(biāo)訊號頻率，時間同步使時間信號在時刻上或時間同步使時間信號在時刻上或頻率信號在相位上保持某種嚴格的特定關(guān)系，一般把時頻率信號在相位上保持某種嚴格的特定關(guān)系，一般把時間同步到準(zhǔn)確的時標(biāo)上，把頻率同步到標(biāo)準(zhǔn)頻率上。間同步到準(zhǔn)確的時標(biāo)上，把頻率同步到標(biāo)準(zhǔn)頻率上。 24應(yīng)變頻率應(yīng)變頻率 (次次/s) 00,2nLfffnL1Tf

22、應(yīng)變周期應(yīng)變周期 (s)251301(/)2ttHHh最大正應(yīng)變最大正應(yīng)變瞬時正應(yīng)變瞬時正應(yīng)變 1301(/)2mHHh0:為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變，為標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變，26最大負應(yīng)變最大負應(yīng)變 瞬時負應(yīng)變瞬時負應(yīng)變 2402(/)2mHHh2402(/)2ttHHh27 2、動位移的測定動位移的測定 動位移的測點應(yīng)布置在結(jié)構(gòu)的控制斷面或在生產(chǎn)工動位移的測點應(yīng)布置在結(jié)構(gòu)的控制斷面或在生產(chǎn)工藝上有特殊要求的地方。藝上有特殊要求的地方。有時為了全面了解結(jié)構(gòu)在動荷有時為了全面了解結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的振動狀態(tài)須要測定結(jié)構(gòu)的振動變位圖。載作用下的振動狀態(tài)須要測定結(jié)構(gòu)的振動變位圖。 測定振動變位圖的方法與測定振型的方法類似測定

23、振動變位圖的方法與測定振型的方法類似，在，在結(jié)構(gòu)物上結(jié)構(gòu)物上設(shè)置多個測點設(shè)置多個測點，將各測點的動位移波形同時記，將各測點的動位移波形同時記錄在同一記錄紙帶上，各路儀器的錄在同一記錄紙帶上，各路儀器的時標(biāo)公共時標(biāo)公共根據(jù)位移根據(jù)位移的正負、大小，按一定比例畫在圖紙上，然后連成結(jié)構(gòu)的正負、大小，按一定比例畫在圖紙上，然后連成結(jié)構(gòu)的振動變位圖，的振動變位圖，如圖所示。如圖所示。2829 3動力系數(shù)的測定動力系數(shù)的測定 結(jié)構(gòu)的動撓度與靜撓度的比值稱為動力系數(shù)結(jié)構(gòu)的動撓度與靜撓度的比值稱為動力系數(shù)。在。在移動荷載作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動撓度大于靜荷載作用移動荷載作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動撓度大于靜荷載作用下產(chǎn)生

24、的靜撓度，所以下產(chǎn)生的靜撓度，所以動力系數(shù)總是大于動力系數(shù)總是大于1。 動力系數(shù)的測定方法如下：動力系數(shù)的測定方法如下： 對于有軌的動荷載對于有軌的動荷載(如火車、吊車等如火車、吊車等)，先使移動，先使移動荷載很緩慢地駛過結(jié)構(gòu)，荷載很緩慢地駛過結(jié)構(gòu)，測出結(jié)構(gòu)的最大靜撓度測出結(jié)構(gòu)的最大靜撓度 ，然后再使移動荷載以各種速度駛過結(jié)構(gòu)，由儀器記錄然后再使移動荷載以各種速度駛過結(jié)構(gòu)，由儀器記錄各次振動位移曲線，從各次振動位移曲線，從記錄圖上量出最大動撓度記錄圖上量出最大動撓度 ，則結(jié)構(gòu)的實測動力系數(shù)為則結(jié)構(gòu)的實測動力系數(shù)為d y nd y ns t ayKystaydyny30 對于無軌的動荷載對于無軌

25、的動荷載(如汽車、拖拉機等如汽車、拖拉機等)，兩次行，兩次行駛的路線不可能完全相同，則可以采用一次高速通過結(jié)駛的路線不可能完全相同，則可以采用一次高速通過結(jié)構(gòu)物，記錄動位移波形如圖所示。此種情況構(gòu)物，記錄動位移波形如圖所示。此種情況 的取曲的取曲線最大值，以相應(yīng)于線最大值，以相應(yīng)于 處曲線中線的縱坐標(biāo)為處曲線中線的縱坐標(biāo)為dynyd ynystayd ynd ynstayKy31四、結(jié)構(gòu)疲勞檢測四、結(jié)構(gòu)疲勞檢測 工程結(jié)構(gòu)中存在著許多疲勞現(xiàn)象，如承受吊車荷載作用的工程結(jié)構(gòu)中存在著許多疲勞現(xiàn)象，如承受吊車荷載作用的吊車梁，直接承受懸掛吊車作用的屋架。這些結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件吊車梁，直接承受懸掛吊車作用的屋

26、架。這些結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件在在重復(fù)荷載作用下達到破壞時的力比其靜力強度要低的多重復(fù)荷載作用下達到破壞時的力比其靜力強度要低的多，這種，這種現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為疲勞疲勞。目的：了解在重復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能及其目的：了解在重復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能及其變化規(guī)律。變化規(guī)律。疲勞問題涉及的范圍比較廣，對某一種結(jié)構(gòu)而言，疲勞問題涉及的范圍比較廣，對某一種結(jié)構(gòu)而言，它它材料的疲勞和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞材料的疲勞和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞。如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的。如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的疲勞、混凝土的疲勞和組成構(gòu)件的疲勞等。疲勞、混凝土的疲勞和組成構(gòu)件的疲勞等。 近年來，國內(nèi)外對結(jié)構(gòu)構(gòu)件近年來，國內(nèi)外對結(jié)構(gòu)構(gòu)件-特別是鋼筋混凝土構(gòu)

27、件的特別是鋼筋混凝土構(gòu)件的疲勞性能的研究比較重視。其原因在于：疲勞性能的研究比較重視。其原因在于：（1）普遍采用極限狀態(tài)設(shè)計和高強材料，以至許多結(jié)構(gòu)處于高）普遍采用極限狀態(tài)設(shè)計和高強材料，以至許多結(jié)構(gòu)處于高應(yīng)力狀態(tài)工作。應(yīng)力狀態(tài)工作。（2）正在擴大鋼筋混凝土構(gòu)件在各種重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力范）正在擴大鋼筋混凝土構(gòu)件在各種重復(fù)荷載作用下的應(yīng)力范圍，如吊車梁、橋梁、軌枕、海洋結(jié)構(gòu)、壓力機架等等。圍，如吊車梁、橋梁、軌枕、海洋結(jié)構(gòu)、壓力機架等等。（3）使用荷載作用下采用允許截面受拉開裂設(shè)計。）使用荷載作用下采用允許截面受拉開裂設(shè)計。（4）為使重復(fù)荷載作用下構(gòu)件具有良好的使用性能，改進設(shè)計）為使重復(fù)荷載

28、作用下構(gòu)件具有良好的使用性能，改進設(shè)計方法，防止重復(fù)荷載導(dǎo)致過大垂直裂縫和提前出現(xiàn)斜裂縫方法，防止重復(fù)荷載導(dǎo)致過大垂直裂縫和提前出現(xiàn)斜裂縫。32 結(jié)構(gòu)構(gòu)件疲勞試驗一般均在專門的疲勞試驗機結(jié)構(gòu)構(gòu)件疲勞試驗一般均在專門的疲勞試驗機上進行，大部分采用脈沖千斤頂施加重復(fù)荷載，也上進行，大部分采用脈沖千斤頂施加重復(fù)荷載，也有采用偏心輪式振動設(shè)備。有采用偏心輪式振動設(shè)備。 下面就鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為例介紹疲勞試驗的主下面就鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為例介紹疲勞試驗的主要內(nèi)容和方法：要內(nèi)容和方法：1、疲勞測試項目、疲勞測試項目 鑒定性的疲勞試驗鑒定性的疲勞試驗（1）抗裂性及開裂荷載。）抗裂性及開裂荷載。（2）裂縫寬度及其發(fā)

29、展。）裂縫寬度及其發(fā)展。（3）最大撓度以及變化幅度。）最大撓度以及變化幅度。（4）疲勞極限值。）疲勞極限值。 科研型的疲勞試驗科研型的疲勞試驗，按研究目的和要求而定。，按研究目的和要求而定。如果是正截面的疲勞性能試驗，應(yīng)包括：如果是正截面的疲勞性能試驗，應(yīng)包括：33（1）各階段截面應(yīng)力分布情況，中和軸變化規(guī)律）各階段截面應(yīng)力分布情況，中和軸變化規(guī)律（2）抗裂性及開裂荷載）抗裂性及開裂荷載（3）裂縫寬度、長度、間距及其發(fā)展）裂縫寬度、長度、間距及其發(fā)展（4）最大撓度及其變化規(guī)律）最大撓度及其變化規(guī)律（5）疲勞強度的確定）疲勞強度的確定（6）破壞特征分析）破壞特征分析2、疲勞測試荷載、疲勞測試荷載

30、（1）疲勞測試荷載取值）疲勞測試荷載取值 疲勞試驗的疲勞試驗的上限荷載上限荷載是根據(jù)構(gòu)件在最大標(biāo)準(zhǔn)荷是根據(jù)構(gòu)件在最大標(biāo)準(zhǔn)荷載最不利組合下產(chǎn)生的彎矩計算而得，載最不利組合下產(chǎn)生的彎矩計算而得，下限荷載下限荷載根根據(jù)疲勞測試設(shè)備的要求而定。據(jù)疲勞測試設(shè)備的要求而定。34（2）疲勞測試的荷載頻率）疲勞測試的荷載頻率 為了保證構(gòu)件在疲勞測試時不產(chǎn)生共振為了保證構(gòu)件在疲勞測試時不產(chǎn)生共振，構(gòu)件的，構(gòu)件的穩(wěn)定振動范圍應(yīng)遠離共振區(qū)，即使疲勞測試荷載頻率穩(wěn)定振動范圍應(yīng)遠離共振區(qū)，即使疲勞測試荷載頻率滿足條件滿足條件 測試荷載頻率測試荷載頻率 ；結(jié)構(gòu)的固有頻率；結(jié)構(gòu)的固有頻率:（3）疲勞循環(huán)次數(shù)）疲勞循環(huán)次數(shù)

31、對于鑒定性檢測，構(gòu)件經(jīng)過下列控制循環(huán)次數(shù)的對于鑒定性檢測，構(gòu)件經(jīng)過下列控制循環(huán)次數(shù)的疲勞荷在作用后，抗裂度、剛度、強度必須滿足設(shè)計疲勞荷在作用后，抗裂度、剛度、強度必須滿足設(shè)計規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定:中級工作制吊車梁中級工作制吊車梁 n=2106次次重級工作制吊車梁重級工作制吊車梁 n=4106次次3 . 15 . 0或353、疲勞試驗的步驟、疲勞試驗的步驟（1）疲勞試驗前預(yù)加靜載試驗）疲勞試驗前預(yù)加靜載試驗 對構(gòu)件施加不大于上限荷載對構(gòu)件施加不大于上限荷載20%的預(yù)加靜載的預(yù)加靜載12次，消除次，消除松動及接觸不良，壓牢構(gòu)件并使儀表運動正常松動及接觸不良，壓牢構(gòu)件并使儀表運動正常（

32、2）正式疲勞試驗）正式疲勞試驗 第一步先做疲勞前的靜載試驗，其目的主要是為了對比構(gòu)第一步先做疲勞前的靜載試驗，其目的主要是為了對比構(gòu)件經(jīng)受反復(fù)荷載后受力性能有何變化。荷載分級加到疲勞上限件經(jīng)受反復(fù)荷載后受力性能有何變化。荷載分級加到疲勞上限荷載。每次荷載可取上限荷載的荷載。每次荷載可取上限荷載的20%，臨近開裂荷載時應(yīng)適當(dāng)，臨近開裂荷載時應(yīng)適當(dāng)加密，每級荷載加完后停歇加密，每級荷載加完后停歇1015分鐘，記取讀數(shù)分鐘，記取讀數(shù).(在經(jīng)過荷載最小值時應(yīng)增加一級) 第二步進行疲勞試驗，首先調(diào)節(jié)疲勞機上下限荷載，待示第二步進行疲勞試驗，首先調(diào)節(jié)疲勞機上下限荷載，待示值穩(wěn)定后讀取第一次動載讀數(shù)，以后每

33、隔一定次數(shù)（值穩(wěn)定后讀取第一次動載讀數(shù)，以后每隔一定次數(shù)（3050萬萬次）讀取數(shù)據(jù)。次）讀取數(shù)據(jù)。 第三步做破壞試驗，達到要求的疲勞次數(shù)后進行破壞試驗第三步做破壞試驗，達到要求的疲勞次數(shù)后進行破壞試驗時有兩種情況，一種是繼續(xù)施加疲勞荷載直至破壞，得到承受時有兩種情況，一種是繼續(xù)施加疲勞荷載直至破壞，得到承受疲勞荷載的次數(shù)。另一種是作靜載破壞試驗，荷載分級可以加疲勞荷載的次數(shù)。另一種是作靜載破壞試驗，荷載分級可以加大。大。364、疲勞試驗的觀測、疲勞試驗的觀測（1）疲勞強度）疲勞強度（2）疲勞應(yīng)變測量）疲勞應(yīng)變測量（3）疲勞試驗的裂縫觀測）疲勞試驗的裂縫觀測（4）疲勞試驗的撓度測量）疲勞試驗的撓

34、度測量5、疲勞試驗試件安裝要求、疲勞試驗試件安裝要求（1）嚴格對中）嚴格對中（2）保持平穩(wěn)）保持平穩(wěn)（2）安全防護）安全防護37偽靜力檢測：偽靜力檢測：低周循環(huán)加載，檢測結(jié)構(gòu)在非彈性荷載低周循環(huán)加載，檢測結(jié)構(gòu)在非彈性荷載變形特征，即恢復(fù)力特征，在實驗室常采用一對使變形特征，即恢復(fù)力特征，在實驗室常采用一對使結(jié)構(gòu)能夠來回產(chǎn)生變形的水平集中力來代替結(jié)構(gòu)地震結(jié)構(gòu)能夠來回產(chǎn)生變形的水平集中力來代替結(jié)構(gòu)地震所產(chǎn)生的力，把這對水平集中力叫做結(jié)構(gòu)試驗抗震靜所產(chǎn)生的力，把這對水平集中力叫做結(jié)構(gòu)試驗抗震靜力荷載本質(zhì)是靜力。（力荷載本質(zhì)是靜力。（了解定義和四種基本形態(tài)了解定義和四種基本形態(tài)）地震模擬振動臺檢測：了

35、解地震模擬振動臺檢測：了解擬動力檢測：擬動力檢測：擬動力是模擬某地震力慢動作作用于試驗擬動力是模擬某地震力慢動作作用于試驗對象上的過程。荷載本質(zhì)是失真的動力。在擬動力試對象上的過程。荷載本質(zhì)是失真的動力。在擬動力試驗中，首先是通過計算機將實際基底地震加速度轉(zhuǎn)換驗中，首先是通過計算機將實際基底地震加速度轉(zhuǎn)換成作用在結(jié)構(gòu)上的位移以及與位移相應(yīng)的加振力。隨成作用在結(jié)構(gòu)上的位移以及與位移相應(yīng)的加振力。隨著地震波加速度時程曲線的變化，作用在結(jié)構(gòu)上的位著地震波加速度時程曲線的變化，作用在結(jié)構(gòu)上的位移和加振力也跟著變化，這樣就可以得出在失真情況移和加振力也跟著變化，這樣就可以得出在失真情況下某一實際地震波作

36、用后結(jié)構(gòu)連續(xù)反應(yīng)的全過程。下某一實際地震波作用后結(jié)構(gòu)連續(xù)反應(yīng)的全過程。38五、分析振波曲線、評定結(jié)構(gòu)性能五、分析振波曲線、評定結(jié)構(gòu)性能簡單波形的近似處理簡單波形的近似處理 如圖如圖(a)所示，對于接近所示，對于接近正弦波的曲線，在基線不易正弦波的曲線，在基線不易確定而波形比較對稱時，讀確定而波形比較對稱時，讀取波形峰峰值取波形峰峰值(2A)。 如圖如圖(b)所示，若波形圖所示，若波形圖在基線兩邊很不對稱，可分在基線兩邊很不對稱，可分別讀取基線兩邊的振幅別讀取基線兩邊的振幅A1和和A2，頻率值可通過讀取半周，頻率值可通過讀取半周期期T/2來確定。來確定。39（二）包絡(luò)線法（二）包絡(luò)線法 某些合成

37、波的包絡(luò)線有一定的趨向，這種波形可用某些合成波的包絡(luò)線有一定的趨向，這種波形可用包絡(luò)線法進行分析處理。包絡(luò)線法進行分析處理。 1組成合成波的兩種頻率值相差組成合成波的兩種頻率值相差5倍以上如圖所示倍以上如圖所示的波形，有如下特點：的波形，有如下特點： 40 (1)上、下包上、下包絡(luò)線形狀相同，絡(luò)線形狀相同，都是正弦波；都是正弦波； (2)上、下包上、下包絡(luò)線間距，即絡(luò)線間距，即包絡(luò)帶寬為一包絡(luò)帶寬為一恒值；恒值； (3)上、下包絡(luò)線之間較高頻率的波，近似于正弦波，上、下包絡(luò)線之間較高頻率的波，近似于正弦波，包絡(luò)線帶寬包絡(luò)線帶寬2A2代表它的振幅峰峰值，代表它的振幅峰峰值，T2為其周期；為其周期

38、； (4)上下包絡(luò)線本身代表波形中較低頻率的波，其峰到上下包絡(luò)線本身代表波形中較低頻率的波，其峰到谷的幅值為谷的幅值為2A1，為低頻率波形的振幅峰峰值，為低頻率波形的振幅峰峰值，T1為其周為其周期。期。412組成合成波的兩種頻率相近組成合成波的兩種頻率相近 當(dāng)組成合成波的兩種頻率相近時，振動臺成波會呈當(dāng)組成合成波的兩種頻率相近時，振動臺成波會呈現(xiàn)現(xiàn)“拍振拍振”現(xiàn)象現(xiàn)象(如火車通過橋梁時，在火車的強迫頻如火車通過橋梁時，在火車的強迫頻率率接近于橋梁自振頻率時所產(chǎn)生的情況接近于橋梁自振頻率時所產(chǎn)生的情況)，這時兩種頻率，這時兩種頻率的關(guān)系一般為：的關(guān)系一般為：這種合成波這種合成波(圖示圖示)有如下特點有如下特點 1210.851.25fff42 (I)上、下包絡(luò)線近似正弦波，但相位相反，呈反對上、下包絡(luò)線近似正弦波，但相位相反，呈反對稱；稱； (2)拍頻為其組成波頻率之差，包絡(luò)線峰與峰之間的拍頻為其組成波頻率之差，包絡(luò)線峰與峰之間的距離距離Tp是拍振的