結(jié)構(gòu)動力試驗（PPT,共23頁）

1、 6 結(jié)構(gòu)動力試驗6.1 概述 結(jié)構(gòu)動載試驗是結(jié)構(gòu)試驗工作的一個重要組成部分。通過動力加載設(shè)備直接對結(jié)構(gòu)施加動力荷載，可以了解結(jié)構(gòu)的動力特性，研究結(jié)構(gòu)在一定動荷載下的動力反應(yīng)，評估結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的承載力及疲勞壽命等特性。 結(jié)構(gòu)動力測試包括四個方面的內(nèi)容：（1）動荷載特性的測定；（2）結(jié)構(gòu)自振特性的測定；（3）結(jié)構(gòu)在動荷載作用下反應(yīng)的測定；（4）結(jié)構(gòu)的疲勞特性。一、結(jié)構(gòu)動力荷載的類型1.地震作用：對地震進(jìn)行觀測和預(yù)報，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震試驗研究。2.設(shè)備振動：如鍛錘、吊車制動力，多層工業(yè)廠房機器等。3.風(fēng)振：風(fēng)載在高層和高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計中控制作用，影響舒適度。4.環(huán)境振動：對精密機床、集成電路制

2、造等設(shè)備將產(chǎn)生不良影響。為此，需對地脈動進(jìn)行測試，根據(jù)振動能量的分布確定防振、隔振或消能措施。5.爆炸振動：研究建筑物的抗爆問題，研究如何抵抗核爆炸所產(chǎn)生的瞬時沖擊荷載對結(jié)構(gòu)的影響。6.2 動力荷載特性試驗 加載方法：慣性力、電磁激振、疲勞機和液壓振動臺、爆炸沖擊。二、主振源的探測 分析實測振動波形，按照不同振源將會引起規(guī)律不同的強迫振動這一特點，可以間接判定振源的某些性質(zhì)，作為探測主振源的參考依據(jù)。沖擊振源：振動圖形是間隙性的阻尼振動，而且有明顯尖峰和衰減的特點，類似于有阻尼自由衰減振動。6.2 動力荷載特性試驗轉(zhuǎn)速恒定的機器設(shè)備振源：具有周期性的振動，波形具有接近正弦規(guī)律。兩個頻率相差兩倍

3、的簡諧振源引起的合成振動圖形三個簡諧振源引起的復(fù)雜的合成振動波形拍振：當(dāng)兩個頻率接近的簡諧振源共同作用時，將會引起拍振隨機振動波形三、動荷載特性測定直接測定法：通過傳感器直接測定動荷載各種參數(shù)。間接測定法： 1）把機器安裝在鋼梁上，機器靜止，測定結(jié)構(gòu)的靜力和動力特性，如剛度、固有頻率、阻尼等； 2）開動機器，測定結(jié)構(gòu)的振動情況，確定機器振動造成的振動荷載。 3）振源需要移動，僅用于產(chǎn)品檢驗和標(biāo)定。比較測定法： 1）先開振動源，測量結(jié)構(gòu)振動波形； 2）停機后，開啟激振設(shè)備，逐漸調(diào)整激振設(shè)備的頻率和激振力等參數(shù)，使結(jié)構(gòu)的振動波形與振動源產(chǎn)生的一樣。此時激振設(shè)備的參數(shù)即為振動源的動荷載參數(shù)。6.3

4、結(jié)構(gòu)動力特性測定 指結(jié)構(gòu)本身所固有的振動方式，表現(xiàn)為固有頻率、振型和阻尼等。這些特性由結(jié)構(gòu)本身（材料、質(zhì)量、剛度等）決定，與外荷載無關(guān)。 固有頻率、振型可以根據(jù)動力學(xué)原理計算得到，但由于計算模型與實際結(jié)構(gòu)有較大的差異，因此計算誤差較大。阻尼系數(shù)必須通過試驗測得。 試驗方法有自由振動法、共振法、脈動法等。 1自由振動法自振頻率和阻力比：采用初位移或初速度的突卸荷載或突加荷載的方法，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動，并記錄振動波形。自振頻率和阻尼比確定方法如下。當(dāng)只取兩個相鄰的峰值計算： 某結(jié)構(gòu)在受動力荷載作用后，測得振動記錄曲線如下圖所示，試根據(jù)圖示振動曲線所標(biāo)明的數(shù)據(jù)，計算該結(jié)構(gòu)的自振頻率和阻尼比。 =1/

5、(3*)*ln(25/19)=0.291=1/0.2=5(Hz)2、共振法 它利用一個頻率可調(diào)的激振機（一般采用離心激振器）對結(jié)構(gòu)施加周期性的簡諧振動，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強迫振動，記錄各個激振頻率及對應(yīng)振幅，并作A曲線。利用干擾力頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率相等時，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振的原則,曲線極值對應(yīng)的頻率就是結(jié)構(gòu)的固有頻率；結(jié)構(gòu)的阻尼比： 1 2 3 t1 t2 t3A1maxA2max0.707 A1max0.707 A2maxA3、脈動法 脈動法：利用被測建筑物周圍不規(guī)則微弱干擾（如地面脈動、空氣流動等）所產(chǎn)生的微弱振動作為激勵來測定建筑物自振特性的一種方法。該法的最大優(yōu)點是不用專門的激振設(shè)備。簡便易行，且不

6、受結(jié)構(gòu)物大小的限制。 測試方法：采用測振傳感器測量地面自由場的脈動源和結(jié)構(gòu)的脈動反應(yīng)，將獲得的波形進(jìn)行頻譜分析，可得到結(jié)構(gòu)的動力特性。6.4 結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)試驗動態(tài)參數(shù)：在測試部位布置適當(dāng)?shù)臏y振儀器，測定結(jié)構(gòu)的振幅、頻率（頻率譜）、速度、加速度、動應(yīng)變、動撓度等。 動應(yīng)變和動撓度的測定：如下圖，可通過布置動態(tài)應(yīng)變儀或位移傳感器測出應(yīng)變時程曲線或位移時程曲線。振型：結(jié)構(gòu)按其固有頻率振動時，由慣性力引起的彈性變形曲線，屬于結(jié)構(gòu)的動力特性，與外荷載無關(guān)。 振動變形圖：結(jié)構(gòu)在特定荷載下的變形曲線，一般不與結(jié)構(gòu)的某一振型一致。動力系數(shù)測定承受移動荷載的結(jié)構(gòu)如吊車梁、橋梁等，常常需要確定它的動力系數(shù)，以判定

7、結(jié)構(gòu)的工作情況。動撓度與靜撓度的比值稱為動力系數(shù)：慢速駛過快速駛過有軌時測定方法：先使移動荷載以最慢的速度駛過結(jié)構(gòu)，測得結(jié)構(gòu)的最大撓度，然后使移動荷載按某種速度駛過，測得各種速度駛過結(jié)構(gòu)的最大撓度，從中找出最大撓度的某一速度。無軌時動力系數(shù)的測定無軌時：由于兩次行駛的線路不可能完全一樣，故將移動荷載一次性高速通過，取振動撓度曲線最大值yd和振動撓度曲線之中線的最大值yj的比值作為動力系數(shù)。疲勞試驗疲勞試驗基本概念：1、疲勞現(xiàn)象：結(jié)構(gòu)在反復(fù)循環(huán)荷載作用下，由于結(jié)構(gòu)某一部分局部損傷的遞增和積累，導(dǎo)致裂紋的形成并逐步擴展，當(dāng)循環(huán)達(dá)到一定次數(shù)時，結(jié)構(gòu)應(yīng)力在低于強度設(shè)計值情況下發(fā)生脆性破壞，這就是結(jié)構(gòu)或

8、材料的疲勞現(xiàn)象。2、疲勞強度：一般與幅值和重復(fù)次數(shù)有關(guān)，當(dāng)循環(huán)應(yīng)力小于某值時，荷載重復(fù)次數(shù)的增加不會引起疲勞破壞，當(dāng)超過該值時則會產(chǎn)生疲勞破壞，該值叫疲勞強度。3、疲勞試驗?zāi)康模貉芯拷Y(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能及其變化規(guī)律，確定疲勞極限（疲勞破壞時的強度值）和疲勞壽命（荷載重復(fù)作用的次數(shù)）。4、疲勞試驗分類：等幅等頻疲勞、變幅變頻疲勞和隨機疲勞。結(jié)構(gòu)疲勞試驗的方法1、荷載大小取值 荷載上限值：按試件在荷載標(biāo)準(zhǔn)值的最不利組合產(chǎn)生的效應(yīng)值計算而得的。 荷載下限值：根據(jù)疲勞試驗機性能而定，但不應(yīng)小于液壓脈動加載器最大動荷載的3。2、荷載頻率選擇 試驗荷載頻率一般不大于10HZ，并位于試件和加載裝置自振頻率的80130之外。（避免共振、減小動力效應(yīng)）3、試驗加載程序 疲勞試驗加載程序包括預(yù)加載、靜載試驗、疲勞試驗和破壞試驗四個階段。1）預(yù)加載階段：加載值為最大荷載的20%，以消除支座等不良接觸和檢查儀表是否正常工作。2）靜載試驗階段 在預(yù)載后，先作兩次或三次加載、卸載循環(huán)的靜載試驗，每級荷載值取最大荷載的20，分五級加載。在加載過程中，當(dāng)分級加載經(jīng)過荷載最小值時，應(yīng)增設(shè)一個級次。對于允許出現(xiàn)裂縫的試件，應(yīng)在臨近開裂階段加密荷載分級。3）疲勞試驗階段 荷載加至最小值時，調(diào)節(jié)加載頻率，施加最