結構試驗動載試驗

1、 結結 構構 測測 試試動載試驗 結構動載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗 動載試驗概述 介紹動載試驗所用儀器儀表 結構振動測試 結構抗震試驗 結構疲勞試驗本章內容本章內容 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)） 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)） 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)） 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)） 爆炸或沖擊荷載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根

2、據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)） 爆炸或沖擊荷載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)） 爆炸或沖擊荷載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)） 爆炸或沖擊荷載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)） 爆炸或沖擊荷載試驗180001900020000210002200023000-100102030400.01s5T truck was driven across a triangular ramp placed on the bridge. The

3、impact of the truck landing on the bridge provided the dynamic excitation for the testMain span: 88m橋梁跳車試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗廣西來賓麒麟路跨市政渠橋跳車試驗廣西來賓麒麟路跨市政渠橋跳車試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)） 結構抗震試驗地震模擬振動臺試驗 結構疲勞試驗 此外，低周反復荷載試驗和結構擬動力試驗也被歸入動載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)）（1）低周反復荷載

4、試驗）低周反復荷載試驗 地震模擬振動臺試驗的結構尺寸較小，側重于結構的宏地震模擬振動臺試驗的結構尺寸較小，側重于結構的宏觀反應。而在觀反應。而在低周反復荷載試驗中，加載速率較低，但可以低周反復荷載試驗中，加載速率較低，但可以對足尺或接近足尺的結構施加較大的反復荷載對足尺或接近足尺的結構施加較大的反復荷載，反復荷載的，反復荷載的次數(shù)次數(shù)一般不超過一般不超過100次次，加載的，加載的周期從每次周期從每次2秒到每次秒到每次300秒秒不等。不等。 結結 構構 測測 試試動載試驗一、概述一、概述1 分類（根據(jù)荷載作用時間和反復次數(shù)）（2）結構擬動力試驗）結構擬動力試驗 結構擬動力試驗采用結構擬動力試驗采

5、用計算機和試驗機聯(lián)機進行結構試驗計算機和試驗機聯(lián)機進行結構試驗，以較低的加載速率使結構經(jīng)歷地震作用，控制試驗進程的為以較低的加載速率使結構經(jīng)歷地震作用，控制試驗進程的為數(shù)字化輸入的地震波數(shù)字化輸入的地震波，利用計算機進行結構地震反應分析，利用計算機進行結構地震反應分析，將結構在地震中受到的慣性力通過計算轉換為靜力作用施加將結構在地震中受到的慣性力通過計算轉換為靜力作用施加到結構上到結構上，模擬結構的實際地震反應。結構受到反復荷載作，模擬結構的實際地震反應。結構受到反復荷載作用的次數(shù)與地震模擬振動臺試驗的次數(shù)相當。用的次數(shù)與地震模擬振動臺試驗的次數(shù)相當。 結結 構構 測測 試試動載試驗2 與靜載

6、試驗的不同之處u 荷載隨時間連續(xù)變化u 反應與結構自身的動力特性密切相關u 承載能力和使用性能的要求發(fā)生變化u 沖擊和爆炸作用下，結構在很短的時間內達到其極限承載能力 結結 構構 測測 試試動載試驗 結構動載試驗的種類很多，靜載試驗可看作動載試驗的一個特例。 結構動載試驗主要介紹結構動載試驗的加載設備、儀器儀表，結構振動試驗方法、結構抗震試驗方法和結構疲勞試驗方法。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表1 1 動態(tài)信號測試動態(tài)信號測試傳感器動態(tài)信號 信號放大器濾波器示波器記錄儀器數(shù)字信號處理器動態(tài)信號量測系統(tǒng)組成 結結 構構 測測 試試動載試驗 動態(tài)信號測試系統(tǒng)的評價指標和性能參

7、數(shù)與靜態(tài)測試系統(tǒng)有很大的差別： 結結 構構 測測 試試動載試驗 動態(tài)信號測試系統(tǒng)的評價指標和性能參數(shù)與靜態(tài)測試系統(tǒng)有很大的差別：1）頻率相關性 當信號很快的反復變化時，我們稱為頻率高，當信號緩慢變化時，我們稱為頻率低。信號的頻率為零時，稱之為靜態(tài)信號。當動態(tài)信號與靜態(tài)信號疊加在一起時，稱靜態(tài)信號為直流分量。動態(tài)性能良好的動測儀器和儀表，能夠在很寬的頻率范圍內準確的感受、放大需要檢測的結構動力反應。 結結 構構 測測 試試動載試驗 土木工程結構動力反應的典型頻率范圍一般在10Hz以內，對動測儀器儀表的低頻動態(tài)特性有較高的要求。動測儀器或傳感器都是在一定的頻率范圍內工作，結構動載試驗時應根據(jù)試驗結

8、構的頻率響應特性選擇動測儀器。2）信號的濾波和衰減 濾波濾除動態(tài)信號中的某些成分 衰減信號在傳輸時受到抑制的現(xiàn)象 結結 構構 測測 試試動載試驗 濾波器能夠從輸入信號的全部頻率分量中，分離出某一頻率范圍內所需要的信號，為了獲得良好的選擇性，希望濾波器能夠以最小的衰減傳輸該頻率范圍內的信號，這一頻率范圍稱為通頻帶；對通頻帶以外的信號，給以最大的衰減，稱為阻頻帶。通頻帶與阻頻帶之間的界限稱為截止頻率。 根據(jù)通頻帶濾波器可分為：低通濾波器傳輸截止頻率以下的頻率范圍內的信號高通濾波器傳輸截止頻率以上的頻率范圍內的信號 結結 構構 測測 試試動載試驗根據(jù)通頻帶濾波器可分為：帶通濾波器傳輸上下兩個截止頻率

9、之間的頻率范圍內的信號；帶阻濾波器抑制上下兩個截止頻率之間的頻率范圍內的信號。 采用電器元件做成的濾波器稱為模擬濾波器，采用計算程序對數(shù)字信號進行濾波的稱為數(shù)字濾波器。 結結 構構 測測 試試動載試驗3）信號放大與衰減表示方法 在動力測試和分析中，采用dB這個單位表示信號的放大或衰減。以dB為單位，用x表示我們所關心的位移、速度或加速度，信號的放大或衰減可以表示為： G20lg(x/x0) 結結 構構 測測 試試動載試驗4）動測儀器的輸入輸出和阻抗匹配 把一個電阻為R的用電器，接在一個電動勢為E、內阻為r的電池組上，只有當外電阻等于內電阻時，電源對外電路輸出的功率最大，這就是純電阻電路的功率匹

10、配。電抗電路中除了電阻外還有電容和電感元件，并工作于低頻或高頻交流電路。在交流電路中，電阻、電容和電感對交流電的阻礙作用叫阻抗。輸入電路和輸出電路的阻抗接近或相等時，稱為阻抗匹配。 結結 構構 測測 試試動載試驗5）絕對振動測量和相對振動測量靜載試驗: 測量結構位移時，要為位移傳感器選擇安裝基點，如安裝基點為絕對不動點-絕對位移，如安裝基點為動點-相對位移。動載試驗： 傳感器直接安裝在試驗結構上，傳感器的運動與試驗結構的運動完全相同，傳感器感受的速度或加速度為絕對速度或絕對加速度。 結結 構構 測測 試試動載試驗6）測量儀器的分辨率 分辨率測量儀器有效辨別的最小示值差，這一性能指標一般反映在顯

11、示裝置上。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表2 2 傳感器傳感器1 1）慣性式傳感器）慣性式傳感器 慣性式傳感器的接收原理慣性式傳感器的接收原理 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表2 2 傳感器傳感器1 1）慣性式傳感器）慣性式傳感器 可看作質量(m)-彈簧(k)-阻尼(c)單自由度體系，體系固有頻率 ： xr為質量m相對傳感器外殼的位移，xA為被測結構的位移。0)(rrArkxxcxxm mk /0 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表2 2 傳感器傳感器體系阻尼比：那么，體系振動方程變?yōu)椋涸O結構位移為：)2/( mcArrrxxxx 2002

12、tXtxAAAsin)( 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表2 2 傳感器傳感器可得體系位移解為： 頻率比 相位角)(202001211tjtjtreAeAex)sin()2()1 (2222tXAA0/A)1/(2arctan2瞬態(tài)解，快速衰減穩(wěn)態(tài)解 結結 構構 測測 試試動載試驗（1）頻率比 很大：即被測結構的振動頻率比測振傳感器的固有頻率高很多，且阻尼比足夠小時，可得： 傳感器振子的位移與被測結構的位移很接近，可用傳感器測量被測結構的振動位移。這種方式得到的位移為絕對位移。)sin()2()1 (2222tXAAtXtXxAAAArsin)sin( 結結 構構 測測 試試

13、動載試驗（2）頻率比很?。杭幢粶y結構的振動頻率比測振傳感器的固有頻率小很多，且阻尼比足夠小時，可得： 傳感器振子的位移與被測結構的加速度成正比，已知傳感器的固有頻率，可用傳感器測量被測結構的加速度。)sin()2()1 (2222tXAA202/)sin(AAArXtXx 結結 構構 測測 試試動載試驗（3）頻率比接近1：即被測結構的振動頻率與測振傳感器的固有頻率接近，且阻尼比足夠大時，可得： 傳感器振子的位移與被測結構的速度成正比，已知傳感器的固有頻率和阻尼比，可用傳感器測量被測結構的速度。)sin()2()1 (2222tXAA02)sin(21AAArXtXx 結結 構構 測測 試試動載

14、試驗二、動載試驗儀器儀表2 2 傳感器傳感器 實際應用中還需配備將振動產(chǎn)生的機械運動轉化為電信號的元件，這樣，振動測量放大儀器和記錄設備處理的信號實際上是電壓信號或電流信號。 慣性式振動傳感器的性能指標一般常用傳感器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線描述。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表2 2 傳感器傳感器傳感器的幅頻特性曲線傳感器的幅頻特性曲線 傳感器的相頻特性曲線傳感器的相頻特性曲線 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表2 2 傳感器傳感器2 2）電動式傳感器）電動式傳感器電磁感應原理電磁感應原理 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表2 2 傳感器

15、傳感器2 2）電動式傳感器）電動式傳感器 基于磁電變換，也稱為磁電式傳感器楞次定律：安培定律： 磁電式傳感器分相對式和慣性式，特點是輸出信號電壓大，不易受電、磁、聲場干擾，測量電路簡單。BlvutBlift 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表2 2 傳感器傳感器磁電式速度傳感器性能指標速度靈敏度：20mV/mm/s表示每秒1mm的速度，傳感器輸出電壓為20mV頻率范圍：傳感器正常工作的范圍幅值線性度、相移特性、動態(tài)范圍、固有頻率、阻尼比、測量方向、工作溫度、質量、外形尺寸等 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3）壓電式傳感器）壓電式傳感器原理：晶體受力所產(chǎn)生

16、的電荷量與外力的大小成正比，這種現(xiàn)象叫壓電效應；反之，如對晶體施加電場，晶體將在一定方向上產(chǎn)生機械變形；當外加電場撤去后，該變形也隨之消失。這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應，也稱作電致伸縮效應。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表 利用壓電晶體的壓電效應，可以制作壓電式加速度傳感器和壓電式力傳感器。利用逆壓電效應，可制造微小振動量的。最典型的壓電晶體材料是石英材料高頻激振器。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表 當力施加在壓電材料的極化方向使其發(fā)生軸向變形時，與極化方向垂直的表面產(chǎn)生與施加的力成正比的電荷，導致輸出端的電位差。這種方式為正壓電效應或壓縮效應。當力施加在壓電

17、材料的極化方向使其發(fā)生剪切變形時，與極化方向平行的表面產(chǎn)生與施加的力成正比的電荷，導致輸出端的電位差。這種方式為剪切壓電效應。 上述兩種形式的壓電效應均已經(jīng)應用于傳感器的設計中，對應的傳感器稱為壓縮型傳感器和剪切型傳感器。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表壓縮型傳感器正壓電效應 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表剪切型傳感器剪切壓電效應 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表 壓電式傳感器的主靈敏度方向一般垂直于其底座，可用于測量沿其軸向的結構振動。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表 當它受到與軸向垂直的橫向振動時，傳感器同樣會有

18、信號輸出，傳感器對橫向振動的敏感性稱為橫向靈敏度，通常采用主軸靈敏度的百分數(shù)表示。橫向靈敏度隨振動方位角的不同而變化，最大橫向靈敏度一般小于主軸靈敏度的4%。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表 影響壓電傳感器使用的環(huán)境因素主要有：底座變形、潮濕、聲學噪音、腐蝕物質、磁場、核輻射等。 除橫向靈敏度指標外，壓電式加速度傳感器還有以下主要性能指標：（1）靈敏度 電荷靈敏度Sq的單位為pC/m/s2，電壓靈敏度SV的單位為mV/m/s2，兩者之間的關系可用下式表示： VqCSS 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表（2）頻率響應曲線 壓電式加速度傳感器的典型頻率響應曲線

19、如圖所示：125 10 20 501002005001k2k5k10k20k50k100k0-10102030靈敏度 (dB)頻率 (Hz) 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表（3）動態(tài)范圍（最大加速度） 傳感器靈敏度保持在一定誤差范圍內（通常不大于0.5dB）時，傳感器所能測量的最大加速度稱為傳感器的動態(tài)范圍。測試中應根據(jù)不同的要求選用傳感器。一般情況下，振動測試的最大加速度不大于傳感器容許最大加速度的1/3。壓電式傳感器通常只用于動態(tài)測試而不能用于靜態(tài)測試。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表特點：體積小、重量輕、結構簡單、固有頻率高、精度高，應用廣泛。 與

20、壓電式傳感器配套的前置放大器有電壓放大器和電荷放大器 電壓放大器具有結構簡單、性能可靠等優(yōu)點。但必須在壓電式傳感器和電壓放大器之間加入一阻抗變換器，對實際測試所用的導線還必須進行標定，給測試帶來不便。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表 電荷放大器是壓電式傳感器的專用前置放大器，它把壓電類型傳感器的高輸出阻抗轉變?yōu)榈洼敵鲎杩?，把輸入電荷量轉變?yōu)檩敵鲭妷毫浚褌鞲衅鞯奈⑷跣盘柗糯蟮揭粋€適當?shù)囊?guī)一化數(shù)值。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表 4 4）用于結構動載試驗的其他傳感器）用于結構動載試驗的其他傳感器（1）壓阻式加速度傳感器 利用壓阻效應制作，這種傳感器具有靈

21、敏度高、頻響寬、體積小、重量輕等特點。壓阻式加速度傳感器與壓電式加速度傳感器相比，主要有兩點不同，壓阻式加速度傳感器可以測量頻率趨于零的準靜態(tài)信號，它可采用專用放大器，也可采用動態(tài)電阻應變儀作為放大器。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表 4 4）用于結構動載試驗的其他傳感器）用于結構動載試驗的其他傳感器（2）電渦流位移傳感器 是電感式傳感器中的一種。這種傳感器的線性度好，使用頻率寬，其靈敏度不隨傳感器探頭和被測物體之間的間隙變化。電渦流位移傳感器是一種相對位移傳感器，測量被試驗結構與傳感器探頭之間距離的相對變化，用于結構動態(tài)位移量測時，傳感器內部沒有任何機械運動，使用壽命長。

22、 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表 4 4）用于結構動載試驗的其他傳感器）用于結構動載試驗的其他傳感器（3）新型加速度傳感器 集成電路壓電傳感器，又稱為ICP傳感器，這種傳感器采用集成電路技術將阻抗變換放大器直接裝入封裝的壓電傳感器內部，使壓電傳感器高阻抗電荷輸出變?yōu)榉糯蠛蟮牡妥杩闺妷狠敵觯瑑戎靡€電容幾乎為零，解決了使用普通電壓放大器時的引線電容問題，造價降低，使用簡便，是結構振動模態(tài)試驗的主流傳感器。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法1）電液伺服加載系統(tǒng) 既可用于靜載試驗，又可用于動載試驗 目前國內外工程結構實

23、驗室的主要動態(tài)加載設備文獻閱讀下載地址：http:/ 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法電液伺服系統(tǒng)動力性能電液伺服系統(tǒng)動力性能 電液伺服試驗系統(tǒng)由液壓油源、電液伺服閥、伺服控制器和液壓作動缸等部件組成。 電液伺服系統(tǒng)的動力性能涉及以下幾個方面：（1）液壓作動缸的負載能力 在靜力條件下，作動缸對試驗結構施加的最大荷載等于液壓系統(tǒng)壓力與作動缸活塞有效面積的乘積。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法電液伺服系統(tǒng)動力性能電液伺服系統(tǒng)動力性能 當系統(tǒng)壓力和活塞有效面積已定時，在動力條

24、件下，作動缸的負載能力主要取決于電液伺服閥的最大流量和伺服閥的動態(tài)響應特性。一個在靜力情況下最大位移可達到250mm的作動缸，當加載頻率達到10Hz時，作動缸的最大位移約2mm。系統(tǒng)的最大動力荷載為其最大靜力荷載的60-80。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法電液伺服系統(tǒng)動力性能電液伺服系統(tǒng)動力性能 在最大動力荷載條件下，作動缸的頻率響應特性進一步降低，最大位移不到1mm。（2）伺服控制器 伺服控制器一般采用PID調節(jié)控制方式，即對信號進行比例、積分和微分調節(jié)。目前，電液伺服系統(tǒng)均采用全數(shù)字化的PID控制器，控制器調節(jié)頻率達到500

25、0-6000Hz，對信號進行一次調節(jié)的時間不到2ms。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法電液伺服系統(tǒng)動力性能電液伺服系統(tǒng)動力性能 采用電液伺服振動臺進行地震模擬試驗時，要求振動臺再現(xiàn)地震時的地面運動。地震地面運動為非平穩(wěn)隨機振動過程，包含了不同的頻率分量，振動幅值也隨時間無規(guī)律變化。低頻振動時，位移較大，高頻振動時，加速度較大。為提高控制精度，增加信噪比，伺服控制器可采用3參量控制，低頻時采用位移控制，高頻時采用加速度控制。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法電液伺服系統(tǒng)動

26、力性能電液伺服系統(tǒng)動力性能（3）數(shù)據(jù)采集和控制軟件 同步-指數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集的試驗數(shù)據(jù)在時間上與指令信號同步，在伺服控制器每發(fā)出一個指令信號控制液壓作動缸的動作的同時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也相應的進行一次數(shù)據(jù)采集，以確保試驗數(shù)據(jù)的完整性和準確性。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法電液伺服系統(tǒng)動力性能電液伺服系統(tǒng)動力性能（3）數(shù)據(jù)采集和控制軟件控制軟件的一般功能包括： 設定試驗程序 函數(shù)波形生成 傳感器自動標定 控制模式自動轉換 系統(tǒng)狀態(tài)在線識別 試驗數(shù)據(jù)同步采集并存貯 試驗數(shù)據(jù)實時動態(tài)圖像顯示 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀

27、器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法電液伺服系統(tǒng)動力性能電液伺服系統(tǒng)動力性能（3）數(shù)據(jù)采集和控制軟件 高級功能則包括主控計算機與局域網(wǎng)上的計算機高速同步通訊，實現(xiàn)結構擬動力試驗、試驗監(jiān)控圖像實時傳送、在線系統(tǒng)傳遞函數(shù)迭代識別等。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法電液伺服系統(tǒng)動力性能電液伺服系統(tǒng)動力性能（3）數(shù)據(jù)采集和控制軟件采用電液伺服系統(tǒng)進行結構動載試驗時，由于試驗結構受力狀態(tài)連續(xù)動態(tài)變化，要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也能夠連續(xù)同步采集并記錄試驗數(shù)據(jù)。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法

28、加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器 力錘用于對結構施加瞬態(tài)激勵 激振器用于對結構施加穩(wěn)態(tài)激勵 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器 力錘，又稱為測力錘或沖擊錘，在錘頭安裝了沖擊型壓電式力傳感器，用來測量錘頭的沖擊力。力錘主要用于結構模態(tài)試驗。 力錘的性能主要由力傳感器的性能、錘頭質量和錘帽材料的硬度決定。其主要指標包括頻率響應范圍、動態(tài)范圍、電荷靈敏度或電壓靈敏度（ICP傳感器）和錘頭質量等。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力

29、錘）和激振器 圖圖 4.20 力錘的外觀力錘的外觀 圖圖 4.21 不同材料錘頭的敲擊力時程曲線不同材料錘頭的敲擊力時程曲線 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器電動激振器電動激振器 用于結構振動測試的激振器種類很多。按工作原理來分，有機械式、電動式、液壓式、電磁式、壓電式等。電液伺服作動缸也是一種低頻大功率激振器。不同激振器的性能不同，用途也不同。以下主要介紹結構模態(tài)試驗中常用的電動式激振器。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激

30、振器電動激振器電動激振器 丹麥丹麥B&K公司的公司的4824型激振器型激振器 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器電動激振器電動激振器 電動激振器的工作原理與廣泛使用的電動機相似：對電動機輸入交變電流時，電動機產(chǎn)生旋轉運動；而對電動激振器輸入交變電流時，激振器的驅動線圈產(chǎn)生往復運動。通過驅動線圈的連接裝置驅動被測結構，使結構產(chǎn)生振動。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器 電動機可以調速，電動激振器驅動線圈的振動頻率和振動幅值也

31、可通過調節(jié)輸入電流而變化。 電動激振器一般不能單獨工作，常見的激振系統(tǒng)由信號發(fā)生器功率放大器電動激振器組成。信號發(fā)生器產(chǎn)生微小的交變電壓信號，經(jīng)功率放大器放大轉換為交變的電流信號，再輸入到激振器，驅動激振器往復運動。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器 激振器與被測結構之間通過一根柔性的細長桿連接。柔性桿在激振方向上具有足夠的剛度，而在其他方向的剛度很小。也就是說，柔性桿的軸向較大，彎曲剛度很小。這樣，通過柔性桿將激振器的振動力傳遞到被測結構，可以減少由于安裝誤差或其他原因所引起的非激振方向上的振動力。柔性桿

32、可以采用鋼材或其他材料制作。采用鋼材時，一般直徑為1-2mm，長度為20-50mm。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器 激振器與被測結構之間通過一根柔性的細長桿連接。柔性桿在激振方向上具有足夠的剛度，而在其他方向的剛度很小。也就是說，柔性桿的軸向較大，彎曲剛度很小。這樣，通過柔性桿將激振器的振動力傳遞到被測結構，可以減少由于安裝誤差或其他原因所引起的非激振方向上的振動力。柔性桿可以采用鋼材或其他材料制作。采用鋼材時，一般直徑為1-2mm，長度為20-50mm。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器

33、儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器離心式激振器離心式激振器 離心式激振器的原理就是質量塊在旋轉運動中將產(chǎn)生離心力。 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器離心式激振器離心式激振器 偏心質量塊m以角速度沿半徑為r的圓運動時，偏心質量塊產(chǎn)生離心力： rm2P 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法2）激勵錘（力錘）和激振器離心式激振器離心式激振器 在任意時刻，離心力都可分解為垂直和水平兩個方向上的分力： trmtPPtrm

34、tPPcoscossinsin2H2V 結結 構構 測測 試試動載試驗二、動載試驗儀器儀表3 3 加載設備與加載方法加載設備與加載方法3）疲勞試驗機 用于常規(guī)的結構疲勞試驗4）其他專用加載設備 跳車、張拉突卸法、重物下落法等 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試1 1 測試內容測試內容: :結構動力特性和結構振動狀態(tài)結構動力特性主要是指結構的固有頻率、振型和阻尼系數(shù)。 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試2 2 結構振動測試的目的：結構振動測試的目的： 1）掌握結構的動力特性 2）掌握作用在結構上的動荷載特性 3）采用結構振動信號對已建結構進行損傷診斷和健康監(jiān)控 結結

35、構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論：1 1）單自由度體系的振動）單自由度體系的振動粘性阻尼的單自由度體系振動微分方程為：)(tfkxxcxm 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論：自由振動時：f(t)0,振動方程化為其解為：式中：02200 xxx ）dtAexsin(0201d 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論：當 時,令位移頻響函數(shù)： 穩(wěn)態(tài)位移響應幅值與激勵幅值之比tjFetf)(tjXexFXcjmk)2（cjmkFXH）21( 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測

36、試3 3 基礎理論：基礎理論： 當作用力單位脈沖力，即：000)ttt（1) （dtt 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論： 質點受到單位脈沖力作用后獲得動量 ，則自由振動的初始條件為 ，則單位脈沖力作用下體系的位移響應：1xmmxx/100，temthdtdsin1)(0脈沖響應函數(shù) 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論： 利用脈沖響應函數(shù)還可求解體系在連續(xù)激勵f (t)作用下的響應）dtfhtx)()( 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論： 令： 則：則：dtethHtj)

37、()(dtetfFtj)()()()()()(FHdtedtfhtj 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論：1 1）多自由度體系的模態(tài)分析）多自由度體系的模態(tài)分析粘性阻尼的多自由度體系振動微分方程為：)(tfKxxCxM 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論：無阻尼自由振動時，設方程的齊次解為可得：)(tfKxxCxM tjex0)(2MK 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論：模態(tài)向量關于結構剛度矩陣和質量矩陣正交00iTkiTkMK）（）（kikiiiTiiiTimMkKiii

38、mk20ki和mi分別稱為模態(tài)剛度和模態(tài)質量 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論：模態(tài)坐標和物理坐標yyxniii1 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試3 3 基礎理論：基礎理論：粘性比例阻尼 KMC 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：（1）數(shù)字信號獲取 模擬信號(Analog ) 數(shù)字信號(digit） 模數(shù)轉換（AD轉換 ） AD轉換器有兩個主要性能指標： 轉換速度 AD轉換器的2進制位數(shù)（轉換的精度） 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號

39、處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：（1）數(shù)字信號獲取 采樣 經(jīng)過AD采樣后，一個連續(xù)的模擬信號被轉換為離散的數(shù)字信號，以周期（時間間隔t）為Ts的離散脈沖形式排列。Ts稱為采樣周期，其倒數(shù)fs為采樣頻率 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：（1）數(shù)字信號獲取 采樣過程的基本要求： 采集的數(shù)字信號能夠完整的保留原模擬信號主要特征，振動信號的主要特征是振動的頻率和幅值 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：（1）數(shù)字信號獲取 采樣定理： 若要恢復的原模擬信號的最高頻率為fma

40、x，則采樣頻率fs必須滿足fs2fmax 。 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：頻率混疊 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：（2）離散傅立葉變換 時頻變換的基本方法 TtTjkTTtjkkdtetxTdtetxTc0222)(1)(10ktTjkkktjkkecectx20)( 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：（2）功率譜密度與自相關函數(shù) 假設單自由度體系的隨機激勵f(t)和隨機響應x(t)都是平

41、穩(wěn)隨機過程，則其相關函數(shù)只與延時有關，而與t無關。激勵f(t)的自相關函數(shù)定義為f(t)f(t+)的集總平均：22)()(lim()()(TTTffdttxtxtxtxER） 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：（2）功率譜密度與自相關函數(shù) 激勵f(t)與響應x(t)的互相關函數(shù)定義為f(t)x(t+)的集總平均：）txtfERfx()()( 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：（2）功率譜密度與自相關函數(shù) 線路上的功率與電流的平方成正比。借用功率這個概念，任何實函數(shù)

42、信號x(t)的功率譜定義為 ：dffSdffXfXTdttxTxxxTTTT)()()(1lim)(1lim2/2/22)()(1lim)(fXfXTfSTxx雙邊功率譜密度 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試4 4 振動數(shù)字信號處理技術振動數(shù)字信號處理技術 ：（2）功率譜密度與自相關函數(shù)單邊功率譜密度002)()()(2limdffGdffXfXTxxxT)()(2lim)(fXfXTfGTxx 結結 構構 測測 試試動載試驗 數(shù)字信號處理是對無限長連續(xù)信號截斷后所得有限長度信號進行處理。截取的有限長度信號不能完全反映原信號的頻率特性，在頻域內增加了原信號所不具有的頻率成分，這

43、種現(xiàn)象稱為頻率泄漏。(a）直流信號及其傅氏譜；（b）截斷信號及其傅氏譜泄漏和加窗 結結 構構 測測 試試動載試驗泄漏和加窗四種函數(shù)窗的時域圖形四種函數(shù)窗的時域圖形余弦信號加窗過程及效果余弦信號加窗過程及效果 對于瞬態(tài)響應信號，通常加指數(shù)窗減少泄漏。對于瞬態(tài)激勵信號通常加力窗減少泄漏。 結結 構構 測測 試試動載試驗數(shù)字濾波 去除振動信號中的高頻分量的最簡單的方法就是移動平均。 移動平均就是將tiit時刻附近幾個點的數(shù)據(jù)進行平均計算后輸出，移動的意思是指移動平均后的信號與原信號的時標錯開。)()(21)(1iiitxtxty 利用離散變量的z變換（相當于連續(xù)變量的傅立葉變換），可以求出低通濾波器

44、的頻響特性。 移動平均 觀測值的差分 結結 構構 測測 試試動載試驗數(shù)字濾波 在振動測試中，由于環(huán)境干擾、操作誤差、電子噪聲等原因，采集的激勵和響應信號中參雜了大量噪聲信號，頻響函數(shù)也受噪聲污染而變得不光滑，并可能混雜虛假的頻率分量。時域平均：取多個等長度時域信號樣本進行算術平均；頻域平均：對多個等長度時域信號進行功率譜運算，將求得的功率譜進行算術平均；重疊平均：將采集的足夠長度時域信號視為平穩(wěn)隨機過程，每一次傅立葉變換所取的時域信號與前一次傅立葉變換所取時域信號重疊，與之相對應的是順序平均。 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試5 5 振動數(shù)據(jù)的測量振動數(shù)據(jù)的測量 ： 時域信號的

45、測量一般由以下環(huán)節(jié)組成： 確定結構的支撐方式和邊界條件 選擇振動測試儀器設備 安裝傳感器 采集記錄數(shù)據(jù)。 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試試件與傳感器的安裝 試件：自由懸掛和強制固定兩種 鋼筋混凝土梁模態(tài)試驗的懸掛安裝鋼筋混凝土梁模態(tài)試驗的懸掛安裝 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試試件與傳感器的安裝傳感器：傳感器的安裝方式也會對測試結果造成很大的影響 結結 構構 測測 試試動載試驗壓電式加速度傳感器的安裝壓電式加速度傳感器的安裝傳感器的連接電纜傳感器的連接電纜 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試激勵方式 大型工程結構，通常采用環(huán)境激勵，也稱為脈動激

46、勵 實驗室內模型結構的振動測試，可以采用電液伺服試驗設備對結構施加激勵 電動激振器激勵 力錘激勵 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試電動激振器激勵 （1）步進式正弦激勵 在預先選定的頻率范圍內設置足夠數(shù)量的離散頻率點，采用步進方式依次在這些頻率點進行穩(wěn)態(tài)正弦激勵，得到離散頻率點的頻響函數(shù) 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試電動激振器激勵 （2）慢速正弦掃描激勵 在信號發(fā)生器上采用自動控制的方法，使激勵信號頻率在所關心的頻率范圍內，從低到高緩慢連續(xù)變化 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試電動激振器激勵 （3）快速正弦掃描激勵 激勵信號頻率在數(shù)據(jù)采集的時段

47、內從低到高或從高到低快速變化，掃描的頻率可以線性變化，也可以按指數(shù)或對數(shù)規(guī)律變化。 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試6 6 振動測試數(shù)據(jù)處理振動測試數(shù)據(jù)處理 ： 結構固有頻率和阻尼的確定 頻域法 時域法 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試頻域法 頻域法測定結構固有頻率的基本原理為振型分解和模態(tài)疊加原理,認為結構的振動由各個振動模態(tài)疊加而成，當激勵頻率等于結構的固有頻率時，結構產(chǎn)生共振。因此，頻響函數(shù)或響應功率譜密度函數(shù)在結構的固有頻率處表現(xiàn)出突出的峰值。 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試頻域法 對于單自由度體系，只有一階固有頻率，其頻響函數(shù)或響應功

48、率譜密度函數(shù)曲線只有一個峰值A0 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試頻域法 對于多自由度，在測試的振動頻率范圍內，可能有幾個峰值，分別對應結構的各階固有頻率A0 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試頻域法 對于單自由度結構體系，可以利用結構的頻響函數(shù)曲線確定其阻尼比。幅值為0.707A0的兩點a，b稱為半功率點，因為這兩點處的能量為最大能量的一半。阻尼比由下式計算02baAA0A012aba0b0 結結 構構 測測 試試動載試驗三、 結構振動測試時域法 式中：A0tA0AnTTTTT2240ln1AAnn 結結 構構 測測 試試動載試驗四、結構抗震試驗低周反復荷載試驗

49、 (1) 結構在遭遇強烈地震時，巨大的慣性力使結結構在遭遇強烈地震時，巨大的慣性力使結構進入明顯的非彈性工作階段。對于鋼筋混凝土結構進入明顯的非彈性工作階段。對于鋼筋混凝土結構，出現(xiàn)鋼筋屈服、形成塑性鉸的現(xiàn)象。鋼結構構構，出現(xiàn)鋼筋屈服、形成塑性鉸的現(xiàn)象。鋼結構構件也可能進入屈服階段。件也可能進入屈服階段。 (2) 已經(jīng)建立結構理論體系還不能完全預測結構已經(jīng)建立結構理論體系還不能完全預測結構在遭遇地震時的非彈性行為在遭遇地震時的非彈性行為。 (3)地震對結構作用均有往復的特點，不同于結地震對結構作用均有往復的特點，不同于結構在使用過程中受到的多次重復作用。構在使用過程中受到的多次重復作用。試驗目

50、的：試驗目的： 結結 構構 測測 試試動載試驗四、結構抗震試驗低周反復荷載試驗 (4) 地震作用持續(xù)時間短，十幾秒或數(shù)十秒的地震作用持續(xù)時間短，十幾秒或數(shù)十秒的時間內，結構的應力狀態(tài)大幅度反復變化數(shù)十次時間內，結構的應力狀態(tài)大幅度反復變化數(shù)十次到上百次。到上百次。試驗目的：試驗目的： 低周反復荷載試驗歸于擬靜載試驗，因為低周反復荷載試驗歸于擬靜載試驗，因為試驗荷載施加的速度與結構靜載試驗的加載速試驗荷載施加的速度與結構靜載試驗的加載速度基本相當。度基本相當。 結結 構構 測測 試試動載試驗（c）鋼筋混凝土柱（N/fcbh0=0） （d）鋼筋混凝土柱（N/fcbh0=0.367）（e）短柱剪切破

51、壞（a）鋼梁 （b）鋼柱 結結 構構 測測 試試動載試驗 地震運動是一種隨機的地面運動，沒有確定性的規(guī)律，因此，在低周反復荷載試驗中，人為的對試驗的加載制度做出規(guī)定。 加載制度可分為三種：變形控制加載，力控制加載和力位移混合控制加載。試件水平加載器地腳螺栓反力架位移控制，每一次反復加載的幅值為預先規(guī)定的位移值；荷載控制，每一次反復加載的幅值為預先規(guī)定的荷載值;力位移混合控制，在反復荷載試驗過程中改變控制方式，例如，由力控制加載改變?yōu)樽冃慰刂萍虞d。P(kN)(mm)P(kN)(mm)a( )等位移幅值控制b( )等荷載幅值控制 結結 構構 測測 試試動載試驗 建筑抗震試驗方法規(guī)程（JGJ1019

52、6）對加載制度做出了規(guī)定： (1) 試驗結果應能夠反映被試驗結構的主要特征狀態(tài)，得到特征點的試驗數(shù)據(jù)。例如，混凝土結構構件或砌體結構的開裂、屈服和極限荷載及對應的變形。 (2)試驗過程中，應保持反復加載的連續(xù)性和均勻性，加載速度、卸載速度和反向加載速度應一致。 (3)試驗應采用荷載變形雙控制的加載制度。被試驗結構或構件屈服前，采用荷載控制，分級加載；接近預估的開裂荷載或屈服荷載時宜減小級差進行加載；屈服后應采用變形控制，變形值取為被試驗結構或構件屈服時的最大位移值，并以該位移值的倍數(shù)為級差，確定控制的位移幅值。 (4)施加反復荷載的次數(shù)可根據(jù)試驗目的確定。一般在結構屈服前反復一次，屈服后反復三

53、次。 結結 構構 測測 試試動載試驗地震模擬振動臺示意圖 振動臺臺面產(chǎn)生水平往復運動，其運動規(guī)律與結構遭遇地震的運動規(guī)律相同。四、結構抗震試驗振動臺試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗 地震地面運動由6個自由度運動分量組合而成。 6個自由度的地震模擬振動臺，由振動臺臺面、電液伺服作動器、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。多個作動器能實現(xiàn)任意方向的移動和繞任意軸系統(tǒng)的轉動。 地震記錄一般為加速度，抗震設計中也需要根據(jù)地面加速度來計算結構受到的慣性力。 較先進的振動臺采用三參量控制技術，將位移、速度和加速度均作為控制目標。 原理：將地震地面運動的有關數(shù)據(jù)輸入到計算機，計算機將輸入的地震運動數(shù)據(jù)轉換為臺面

54、的運動數(shù)據(jù)，再對電液伺服作動器發(fā)出控制指令，電液伺服作動器推動振動臺臺面實現(xiàn)地震地面運動的模擬。 結結 構構 測測 試試動載試驗 (1) 臺面尺寸和臺面最大負載 (2) 臺面運動自由度 (3) 頻率范圍、最大位移、速度和加速度 (4) 輸入波形 空間模型要求臺面尺寸大，運動部件最大加速度取決于電液伺服作動器的最大推力和運動部件的質量。 具有6個自由度的模擬能力，在結構抗震設計、分析和試驗中，一般不考慮地面運動的旋轉分量。 地震最高頻率一般不超過10Hz，地震臺頻率范圍為050Hz，最大位移為100mm，最大加速度為2g左右。 輸入波形包括正弦波、三角波等規(guī)則波，以及隨機的不規(guī)則白噪聲。 結結

55、構構 測測 試試動載試驗 高層建筑的振動臺模型高層建筑的振動臺模型 由于結構模型的縮尺比例大，對模型設計和制作工藝都必須仔細考慮。 (1) 模型結構與原型結構幾何相似 根據(jù)相似理論對模型結構和原型結構的關系進行分析，保證結構主要力學性能得到準確模擬。 (2) 采用與實際結構性能相近的材料 普通磚砌體，調整砂漿粒徑及砂漿級配。鋼結構仍采用鋼結構。 混凝土結構，按照強度和彈性模量接近的原則，大骨料縮成小骨料，鋼筋用鋼絲或鐵絲代替。 (3) 振動臺試驗模型制作工藝 鋼結構的殘余應力，應控制相對誤差。彈性性能基本相近，破壞特征相近，非彈性性能有一些差別。 結結 構構 測測 試試動載試驗 采集數(shù)據(jù)主要包

56、括模型各測點的加速度、位移和應變。 加速度傳感器為絕對傳感器，可直接安裝在模型各個樓層及基底。 位移傳感器為相對傳感器，需要安裝支架。 鋼結構中可用電阻應變片測量，混凝土和砌體結構中，采用位移傳感器在一定標距下測量值測平均應變。 由于試驗速度快，模型損傷和破壞過程觀測和記錄應由圖像采集系統(tǒng)自動完成。 結結 構構 測測 試試動載試驗 結構擬動力試驗是用擬靜力加載的方式來模擬結構受地震動力作用的一種試驗方法。地震作用下的運動微分方程為：gxmkxxcxm 對于非彈性體系，例如，混凝土開裂、受拉鋼筋屈服等現(xiàn)象使結構體系的恢復力與結構體系的位移偏離線性關系，grxmFxcxm Fr為結構體系的非彈性恢

57、復力。 徹底消除恢復力模型誤差的思路就是拋棄假設的恢復力模型，直接在試驗中量測結構體系的恢復力。四、結構抗震試驗擬動力試驗例例. .1)(1tP2k1EI1EI1k)(2tP2)(1ty)(2ty)(22tym )(1tP)(2tP)(1ty)(2ty)(11tym 1y)(1tR)(2tR)(1ty)(2ty11k21k112k22k12y= =2121111111ykykymPR 2221212222ykykymPR 212221121121212100yykkkkyymmPP Pykym 剛度矩陣剛度矩陣11k21k2k1k2111kkk221kk212kk222kk12k22k2k 2

58、2221kkkkkk例例. .1)(1tP2k1EI1EI1k)(2tP2)(1ty)(2ty)(22tym )(1tP)(2tP)(1ty)(2ty)(11tym 111ymP )00(2121212221121121yymmPPyy 111/1 k121/1 k112/1 k2122/1/1kk Ik1112112122222ymP = =+ +22212111111ymPymPy 22222111212ymPymPy )(ymPy 21111/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1kkkkk)(2tP)(122yyk11yk)(22tym )(11tym )(1tP)()(12211111yyky

59、kymtP )()(122222yykymtP 例例. .1)(1tP2k1EI1EI1k)(2tP2)(1ty)(2ty)(22tym )(1tP)(1ty)(2ty)(11tym )(2tP 結結 構構 測測 試試動載試驗液壓伺服作動器壓力傳感器位移傳感器反力支架地震波(加速度)xg.M x t +C x t +R t = - M x.( ).( )( ).gR t( )實測恢復力施加的位移數(shù)值分析模型 原理：運行一個求解結構運動方程的逐步積分程序，輸入的地震波，計算結構在地震作用下的當前位移，控制作動器使結構按計算的當前位移值發(fā)生位移。接收力傳感器量測結構恢復力。將量測的結構恢復力代入運動方程，通過逐步積分，得出下一步結構位移，再控制作動器使結構變形到新的位移狀態(tài)。如此循環(huán)，得到結構在地震作用下的全部位移過程。 結結 構構 測測 試試動載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗 結結 構構 測測 試試動載試驗上述位移時程曲線計算的遞推格式如下：21111/ )2()2/()(txxxxtxxxiiiiiii 按離散的時間表示，giriiixmFxcxm 再將差分關系代入，2/)()2/(2211tcmtxmFxmtcmxx