實(shí)驗(yàn)工程結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)課件

1、工程結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)本章提要：1.介紹動力試驗(yàn)的激振設(shè)備及其功能、原理和有關(guān)性能指標(biāo)；2.測振儀器系統(tǒng)的構(gòu)成及其功能、原理和性能指標(biāo)；3.結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)獲取動參數(shù)的測試手段和方法。土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)工程結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)本章提要：土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)1 概述動荷載隨時(shí)間而變化的荷載。（沖擊、隨機(jī)荷載（風(fēng)、地震）結(jié)構(gòu)所承受的動力荷載的方式： （1）地震作用 （2）機(jī)械設(shè)備振動和沖擊荷載 （3）高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)的風(fēng)載 （4）車輛運(yùn)動對橋梁的振動 （5）海浪對采油平臺的沖擊 （6）爆炸引起的振動 （7）周圍環(huán)境的隨機(jī)振動土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)1 概述動荷載隨時(shí)間而變化的荷載。（沖擊、2 激振設(shè)備振源：（1

2、）自然振源：地面脈動、氣流所致振動，爆破、動力設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、起重設(shè)備等運(yùn)行中產(chǎn)生的振動；（2）人工振源：有目的的激振。（本節(jié)內(nèi)容）介紹三種設(shè)備：1. 電磁式激振器；2.機(jī)械偏心式激振器；3.結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)。信號發(fā)生器功率放大器激振器被振物土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)激振系統(tǒng)框圖2 激振設(shè)備振源：信號發(fā)生器功率放大器激振器被振物土木工程結(jié)土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)2.1 電磁式激振器工作原理當(dāng)動圈內(nèi)通入交變電流時(shí)，載流動圈在固定磁場作用下產(chǎn)生交變力F: 電磁式激振結(jié)構(gòu)圖 土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)2.1 電磁式激振器工作原理 電磁特點(diǎn)：體積小，使用方便，較經(jīng)濟(jì)，是要求激振力不大的小型結(jié)構(gòu)或模型理想的激振設(shè)備，工程中應(yīng)用較多。

3、土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn) 電磁式激振器各式安裝示意圖 1試件；2橡皮繩；3連接桿；4可升降裝置；5支架 特點(diǎn)：體積小，使用方便，較經(jīng)濟(jì)，是要求激振力不大的小型結(jié)構(gòu)或2.2 偏心式激振器2.2 偏心式激振器優(yōu)點(diǎn)：激振力范圍大（由幾十牛到幾兆牛）。缺點(diǎn)：頻率范圍較小，一般在100Hz以內(nèi)，因此，低頻時(shí)激振力不太大。另外，激振力和頻率不能各自獨(dú)立變化。處理數(shù)據(jù)時(shí)為使激振力為常力，得進(jìn)行處理。土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)一周內(nèi)垂直慣性力數(shù)值變化圖偏心式激振器優(yōu)點(diǎn)：激振力范圍大（由幾十牛到幾兆牛）。土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)一周工作原理一個(gè)偏心質(zhì)量塊隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生離心力：當(dāng)上下兩個(gè)偏心質(zhì)量塊左右對稱放置，然后作等速反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩偏

4、心塊的慣性力的合力在水平方向?yàn)榱?，豎直方向作簡諧振動。土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)工作原理土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)2.3 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn) 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)外觀圖 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)脈動工作原理 2.3 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn) 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)工程結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)課件 2.4 反沖小火箭通過在其小型鋼筒體內(nèi)放入固體火藥，采用直流電源短路的方法點(diǎn)火，使筒體內(nèi)產(chǎn)生高溫（可高達(dá)220033000C）氣體，并以高壓、高速噴出，對被測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)反推力，對結(jié)構(gòu)激振。土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn) 2.4 反沖小火箭通過在其小型鋼筒體內(nèi)放入固體火藥，3 測振儀器動力試驗(yàn)測振儀器系統(tǒng)由三部分組成：5.3.1 測振儀器的性能指標(biāo)

5、（1）靈敏度；（2）頻率范圍；（3）相位差；（4）動態(tài)線性范圍；（5）抗干擾能力。測振傳感器測振放大器測振記錄儀振源測振傳感器（拾振器）：把機(jī)械運(yùn)動如位移、速度、加速度轉(zhuǎn)換成電量輸出。土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測振儀器系統(tǒng)框圖3 測振儀器動力試驗(yàn)測振儀器系統(tǒng)由三部分組成：測振傳感器測振3.2 慣性式測振傳感器 1.慣性式測振傳感器的力學(xué)原理 土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)3.2 慣性式測振傳感器土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)2.磁電式拾振器的換能原理 輸出電動勢與被測振動體的振動速度成正比 磁電式拾振器換能原理 1彈簧；2質(zhì)量；3線圈；4磁鋼；5儀器外殼2.磁電式拾振器的換能原理 3.壓電式加速度傳感器 加速度傳感器結(jié)構(gòu)原理1儀器

6、外殼；2硬彈簧；3質(zhì)量塊；4壓電晶體；5輸出線3.壓電式加速度傳感器 3.3 測振放大器（放大、衰減，模擬運(yùn)算）1.電壓放大器（1）積分電路（2）微分電路磁電式拾振器使用微分電路可獲得加速度信號；使用積分電路可獲位移信號。壓電式拾振器使用積分電路得速度信號，再使用一次得位移信號。3.3 測振放大器（放大、衰減，模擬運(yùn)算）2.電荷放大器（只適用于輸出為電荷的傳感器） U0是電荷放大器輸出電壓： 由于電荷放大器的輸出電壓與連接它的電纜電容無關(guān)，故電纜的傳輸距離可達(dá)百米，有利于遠(yuǎn)距離測試。3.動態(tài)電阻應(yīng)變儀：除了測動應(yīng)變外，通過標(biāo)定，可現(xiàn)場知位移、荷載、轉(zhuǎn)角數(shù)值和及變化過程。2.電荷放大器（只適用于

7、輸出為電荷的傳感器）3.動態(tài)電阻應(yīng)變3.4 測振記錄儀 記錄設(shè)備的種類光線示波器XY 函數(shù)記錄儀磁帶記錄儀陰極射線示波器瞬態(tài)波形記錄儀動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀3.4 測振記錄儀光線示波器XY 函數(shù)記錄儀磁帶記錄儀陰極 1.光線示波器 2.動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀光線示波器的工作原理 動態(tài)測試系統(tǒng)三種配套儀器系統(tǒng) 光線示波器的工作原理 動態(tài)實(shí)驗(yàn)工程結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)課件實(shí)驗(yàn)工程結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)課件實(shí)驗(yàn)工程結(jié)構(gòu)動力試驗(yàn)課件4 動參數(shù)的測量方法動力試驗(yàn)通常包括三方面內(nèi)容：動荷載特性的測定； （大小、方向、頻率、作用規(guī)律）結(jié)構(gòu)自振特性的測定；（自振頻率、阻尼、振型）結(jié)構(gòu)在動荷載作用下的動力反應(yīng)的測定。（振幅、頻率、速度、加速度、動

8、應(yīng)變、動應(yīng)力）4 動參數(shù)的測量方法動力試驗(yàn)通常包括三方面內(nèi)容：4.1 動荷載特性的測定 動荷載的特點(diǎn)：1.大小、方向、作用規(guī)律隨時(shí)間變化而變化；2.結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)除與動載有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)自身動力特性密切相關(guān)；同樣的動荷載作用，不同的結(jié)構(gòu)自振特性其動力反應(yīng)不同；3.動荷載所產(chǎn)生的動力效應(yīng)有時(shí)遠(yuǎn)大于相應(yīng)的靜力效應(yīng)，甚至一個(gè)不大的動荷載可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞。 動荷載的測定 1.直接測定法 2.比較測定法4.1 動荷載特性的測定 動荷載的特點(diǎn)： 各種典型的震源 a.間歇型阻尼振動。有明顯尖峰和衰減特點(diǎn)，說明是撞擊振源引起；b.周期性簡諧振動。轉(zhuǎn)速恒定的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)引起；c.兩個(gè)頻率相差兩倍的簡諧振源引起的合

9、成振動波形；d.三個(gè)不同頻率的簡諧振源引起的合成波；e.振幅周期性的由大變小，又由小變大。有兩種可能：1.兩個(gè)頻率相近的簡諧 振源共同作用；2.只有一個(gè)振源，其頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相接近。f.隨機(jī)振動波,如地震。 各種典型的震源 a.間歇型阻尼振動。有明顯尖峰和衰結(jié)構(gòu)自振特性的測定（1）自由振動法：a.初速度法（突然加載法） b.初位移法（突然卸載法）（2）共振法（3）脈動法共振時(shí)的振動圖形和共振曲線4.2 結(jié)構(gòu)自振特性的測定結(jié)構(gòu)自振特性包括（1）自振頻率；（2）阻尼；（3）振型結(jié)構(gòu)自振特性的測定共振時(shí)的振動圖形和共振曲線4.2 結(jié)構(gòu)自振 垂直自由落體突然加載法 水平撞擊式突然加載法 重錘敲擊

10、法 垂直自由落體突然加載法 水平撞擊式突然張拉釋放式突然卸載法懸掛重物突然卸載法對脆性材料施加力的突然卸載法張拉釋放式突然卸載法懸掛重物突然卸載法對脆性材料施加力的突然4.3 結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)測定1.結(jié)構(gòu)特定部位動參數(shù)的測定：振幅、頻率、速度、加速度、動應(yīng)變、動應(yīng)力等；2.結(jié)構(gòu)振動變位圖測定：振動變位圖：動荷載作用下的變形曲線；振型：結(jié)構(gòu)自由振動狀態(tài)下的振動形狀。3.結(jié)構(gòu)動力系數(shù)測定結(jié)構(gòu)振動變位圖4.3 結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)測定結(jié)構(gòu)振動變位圖3.結(jié)構(gòu)動力系數(shù)測定有軌時(shí)實(shí)測結(jié)構(gòu)動力系數(shù)無軌時(shí)實(shí)測結(jié)構(gòu)動力系數(shù)動力系數(shù)定義：在動力荷載作用下，結(jié)構(gòu)動撓度與靜撓度之比。實(shí)踐表明：動力系數(shù)的測定方法：有軌：無軌：有軌

11、時(shí)實(shí)測結(jié)構(gòu)動力系數(shù)無軌時(shí)實(shí)測結(jié)構(gòu)動力系數(shù)動力系數(shù)定義：在4.4 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)疲勞：處于一種多次反復(fù)加載和卸載的受力狀態(tài)使結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件的破壞應(yīng)力下降。疲勞試驗(yàn)?zāi)康模毫私庠诙啻畏磸?fù)性荷載作用下的疲勞性能或狀態(tài)以及變化規(guī)律，以確定其疲勞極限（疲勞極限荷載、疲勞強(qiáng)度）。4.4 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)疲勞：處于一種多次反復(fù)加載和卸載的受力狀疲勞試驗(yàn)項(xiàng)目鑒定性試驗(yàn)：1.抗裂性及開裂荷載； 2.裂縫寬度及其發(fā)展； 3.最大撓度及其變化幅度； 4.疲勞強(qiáng)度及其疲勞壽命。科研性試驗(yàn)：1.各階段截面的應(yīng)力分布狀況，中和軸變化規(guī)律； 2.抗裂性及開裂荷載； 3.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； 5.疲勞強(qiáng)度的確定； 6.破壞特征分析疲勞試驗(yàn)項(xiàng)目疲勞試驗(yàn)荷載1.疲勞試驗(yàn)荷載取值2.疲勞試驗(yàn)荷載