振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)(終極版)

振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)試試驗(yàn)驗(yàn)主講講人人：：李李習(xí)習(xí)波波、、張張迪迪目錄錄一、、前前言言二、、常常用用振振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)及及特特點(diǎn)點(diǎn)三、、組組成成及及工工作作原原理理四、、加加載載設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)五、、加加載載過過程程及及試試驗(yàn)驗(yàn)方方法法六、、觀觀測測設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)及及反反應(yīng)應(yīng)測測量量七、、安安全全措措施施八、、振振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)試試驗(yàn)驗(yàn)實(shí)實(shí)例例一、、前前言言模擬擬地地震震振振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)可可以以很很好好地地再現(xiàn)現(xiàn)地地震震過過程程和進(jìn)行行人人工工地地震震波波的的試試驗(yàn)驗(yàn)；它是是在在試試驗(yàn)驗(yàn)室室中中研研究究結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)地地震震反反應(yīng)應(yīng)和和破破壞壞機(jī)機(jī)理理的的最直直接接方方法法；這種種設(shè)設(shè)備備還還可可用用于于研究究結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)動(dòng)動(dòng)力力特特性性、設(shè)備備抗抗震震性性能能以及及檢驗(yàn)驗(yàn)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)抗抗震震措措施施等內(nèi)內(nèi)容容；20世紀(jì)紀(jì)60年代代以以來來，，為為進(jìn)進(jìn)行行結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的地地震震模模擬擬試試驗(yàn)驗(yàn)，，國國內(nèi)內(nèi)外外先先后后建建立立起起了了一一些些大型型的模模擬擬地地震震振振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)；在原原子子能能反反應(yīng)應(yīng)堆堆、、海海洋洋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)工工程程、、水水工工結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)、、橋橋梁梁等等方方面面發(fā)發(fā)揮揮重重要要作作用用。。目錄錄一、、前前言言二、、常常用用振振動(dòng)動(dòng)臺(tái)臺(tái)及及特特點(diǎn)點(diǎn)三、、組組成成及及工工作作原原理理四、、加加載載設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)五、、加加載載過過程程及及試試驗(yàn)驗(yàn)方方法法六、觀觀測設(shè)設(shè)計(jì)及及反應(yīng)應(yīng)測量量七、安安全措措施八、振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)實(shí)例例二、常常用振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)及特特點(diǎn)常見的的振動(dòng)動(dòng)臺(tái)分分為四類：1、機(jī)械式式振動(dòng)動(dòng)臺(tái)2、電磁式式振動(dòng)動(dòng)臺(tái)3、電液式式振動(dòng)動(dòng)臺(tái)4、電動(dòng)動(dòng)式振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)，又稱振動(dòng)激激勵(lì)器器或振動(dòng)發(fā)發(fā)生器器。一般包包括振動(dòng)臺(tái)臺(tái)臺(tái)體體、監(jiān)控系系統(tǒng)和輔助設(shè)設(shè)備等。它是一一種利利用電電動(dòng)、、電液液壓、、壓電電或其其他原原理獲獲得機(jī)機(jī)械振振動(dòng)的的裝置置。機(jī)械式式振動(dòng)動(dòng)臺(tái)機(jī)械式式振動(dòng)動(dòng)臺(tái)是是一種種振動(dòng)動(dòng)成型型機(jī)械械，適適用于于各種種薄壁壁構(gòu)件件、桿桿件空空心樓樓板、、大型型屋面面板、、梁、、立柱柱等混混凝土土預(yù)制制件的的生產(chǎn)產(chǎn)成型型?？煞譃闉椴黄胶夂庵貕K塊式和凸輪式式兩類。。這種振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)可以以產(chǎn)生生正弦振振動(dòng)，其結(jié)結(jié)構(gòu)簡簡單，，成本本低，，但只只能在在約5Hz~100Hz的頻率率范圍圍工作作，最最大位位移為為6mm峰-嶠值，，最大大加速速度約約10g，不能能進(jìn)行行隨機(jī)機(jī)振動(dòng)動(dòng)，由由于其其性能能的局局限，，今后后用量量會(huì)越越來越越少。電磁式式振動(dòng)動(dòng)臺(tái)具有電磁振振動(dòng)發(fā)發(fā)生器器的振動(dòng)動(dòng)臺(tái)。。廣泛適適用于于國防防、航航空、、航天天、通通訊、、電子子、汽汽車、、家電電等行行業(yè)。。該類型型設(shè)備備用于于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)早期期故障障，模模擬實(shí)實(shí)際工工況考考核和和結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)度度試驗(yàn)驗(yàn)，產(chǎn)產(chǎn)品應(yīng)應(yīng)用范圍廣廣泛、、適用用面寬寬、試試驗(yàn)效效果顯顯著、、可靠靠。正弦弦波、、調(diào)頻頻、掃掃頻、、可程程式、、倍頻頻、對對數(shù)、、最大大加速速度，，調(diào)幅幅，時(shí)時(shí)間控控制，，全功功能電電腦控控制，，簡易易定加加速度度/定振幅幅。精密型型設(shè)計(jì)計(jì)制造造、體體積小小、超超靜音音工作作，機(jī)臺(tái)臺(tái)底座座采用用優(yōu)質(zhì)質(zhì)材料料，安裝方方便，，運(yùn)行行平穩(wěn)穩(wěn)，無需需安裝裝地腳腳螺絲絲；控控制電電路數(shù)數(shù)字化化控制制與顯顯示頻頻率，，PID調(diào)節(jié)功功能，，使設(shè)設(shè)備工工作更更為穩(wěn)穩(wěn)定、、可靠靠；掃掃頻及及定頻頻操作作方式式，適適應(yīng)不不同行行業(yè)測測試要要求；；增加加抗干干擾電電路，，解決決因強(qiáng)強(qiáng)電磁磁場對對控制制電路路干擾擾；增增加工工作時(shí)時(shí)間設(shè)設(shè)定器器，使使測試試產(chǎn)品品達(dá)到到準(zhǔn)確確測試試時(shí)間間。電磁式式振動(dòng)動(dòng)臺(tái)電磁激激振器器結(jié)構(gòu)構(gòu)示意意圖電磁振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)組成成系統(tǒng)統(tǒng)圖電液式式振動(dòng)動(dòng)臺(tái)工作方方式：：用小的的電動(dòng)動(dòng)振動(dòng)動(dòng)臺(tái)驅(qū)驅(qū)動(dòng)可可控制制的伺伺服閥閥，通通過油油壓使使傳動(dòng)動(dòng)裝置置產(chǎn)生生振動(dòng)動(dòng)。這種振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)能產(chǎn)產(chǎn)生很很大的的激振力力和位移，而且且在很很低的的頻率率下可可得到到很大大的激激振力力。局限性性：高頻性性能較較差、、上限限工作作頻率率低、、波形形失真真較大大。雖雖然可可以做做隨機(jī)機(jī)振動(dòng)動(dòng)，但但隨機(jī)機(jī)振動(dòng)動(dòng)激振振力的的rms額定值值只能能為正正弦額額定值值的1/3以下。。這種振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)因其其大推力力、大大位移移可以彌彌補(bǔ)電電動(dòng)振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)的不不足，，在未未來的的振動(dòng)動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)中仍仍然發(fā)發(fā)揮作作用，，尤其其是在在船舶舶和汽汽車行行業(yè)會(huì)會(huì)有一一定市市場。。電液振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)工作作原理理電動(dòng)式振動(dòng)動(dòng)臺(tái)是目前前使用用最廣泛泛的一種種振動(dòng)動(dòng)設(shè)備備。它它的頻率范范圍寬寬，小型型振動(dòng)動(dòng)臺(tái)頻頻率范范圍為為0~10kHz，大型型振動(dòng)動(dòng)臺(tái)頻頻率范范圍為為0~2kHz，動(dòng)態(tài)范范圍寬寬，易于于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)自動(dòng)動(dòng)或手手動(dòng)控控制；；加速度度波形形良好好，適合合產(chǎn)生生隨機(jī)機(jī)波；；可得得到很很大的的加速速度。。原理：：是根據(jù)據(jù)電磁磁感應(yīng)應(yīng)原理理設(shè)置置的，，當(dāng)通通電導(dǎo)導(dǎo)體處處的恒恒定磁磁場中中將受受到力力的作作用，，半導(dǎo)導(dǎo)體中中通以以交變變電流流時(shí)將將產(chǎn)生生振動(dòng)動(dòng)。振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)線圈正式處在一一個(gè)高磁感感應(yīng)強(qiáng)度的的空隙中，，當(dāng)需要的的振動(dòng)信號號從信號發(fā)發(fā)生器或振振動(dòng)控制儀儀產(chǎn)生并經(jīng)經(jīng)功率放大大器放大后后通到驅(qū)動(dòng)動(dòng)線圈上，，這時(shí)振動(dòng)動(dòng)臺(tái)就會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生需要的的振動(dòng)波形形。組成部分：：基本上由驅(qū)驅(qū)動(dòng)線圈及及運(yùn)動(dòng)部件件、運(yùn)動(dòng)部部件懸掛及及導(dǎo)向裝置置、勵(lì)磁及及消磁單元元、臺(tái)體及及支承裝置置。電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)目錄錄一、前言二、常用振振動(dòng)臺(tái)及特特點(diǎn)三、組成及及工作原理理四、加載設(shè)設(shè)計(jì)五、加載過過程及試驗(yàn)驗(yàn)方法六、觀測設(shè)設(shè)計(jì)及反應(yīng)應(yīng)測量七、安全措措施八、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)實(shí)例例模擬地震振振動(dòng)臺(tái)示意意圖三、組成及及工作原理理三、組成及及工作原理理1、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)體體結(jié)構(gòu)2、液壓驅(qū)動(dòng)和和動(dòng)力系統(tǒng)統(tǒng)3、控制系統(tǒng)4、測試和分析析系統(tǒng)振動(dòng)臺(tái)的控控制方式分分為：模擬控制：以位移控控制為基礎(chǔ)礎(chǔ)的PID和以位移、、速度、加加速度組成的的三參量反反饋控制方方式。數(shù)控控：主要采用用開換迭代代進(jìn)行臺(tái)面面的地震波波再現(xiàn)。三、組成及及工作原理理PID控制方式的的振動(dòng)臺(tái)系系統(tǒng)三參量控制制方式的振振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)統(tǒng)地震模擬振振動(dòng)臺(tái)加速速度控制系系統(tǒng)圖振動(dòng)臺(tái)的三三維地震模模擬系統(tǒng)目錄錄一、前言二、常用振振動(dòng)臺(tái)及特特點(diǎn)三、組成及及工作原理理四、加載設(shè)設(shè)計(jì)五、加載過過程及試驗(yàn)驗(yàn)方法六、觀測設(shè)設(shè)計(jì)及反應(yīng)應(yīng)測量七、安全措措施八、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)實(shí)例例四、加載設(shè)設(shè)計(jì)地震模擬振振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)的加載設(shè)設(shè)計(jì)是非常常重要的，，荷載選取取過大，試試件可能很很快進(jìn)人塑性階段甚至破壞倒塌，難以完整整地量測和和觀察到結(jié)結(jié)構(gòu)的彈性性和彈塑性性反應(yīng)的全全過程，甚甚至可能發(fā)發(fā)生安全事故。荷載選取取太小，不不能達(dá)到預(yù)期目的。產(chǎn)生不必必要的重復(fù)復(fù)。影響試試驗(yàn)進(jìn)展，，而且多次次加載能對對試件產(chǎn)生生損傷積累累。因此，，為獲得系系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)資料，必必須周密地地考慮試驗(yàn)驗(yàn)加載程序序的設(shè)計(jì)。。在選擇和設(shè)設(shè)計(jì)臺(tái)面的的輸入運(yùn)動(dòng)時(shí)，需需要考慮下下列有關(guān)因因素：試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的的周期結(jié)構(gòu)所在的的場地條件件考慮振動(dòng)臺(tái)臺(tái)臺(tái)面的輸輸出能力四、加載設(shè)設(shè)計(jì)目錄錄一、前言二、常用振振動(dòng)臺(tái)及特特點(diǎn)三、組成及及工作原理理四、加載設(shè)設(shè)計(jì)五、加載過過程及試驗(yàn)驗(yàn)方法六、觀測設(shè)設(shè)計(jì)及反應(yīng)應(yīng)測量七、安全措措施八、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)實(shí)例例五、加載過過程及試驗(yàn)驗(yàn)方法地震模擬振振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)的加載過過程包括:結(jié)構(gòu)動(dòng)力特特性試驗(yàn)、地震動(dòng)力反反應(yīng)試驗(yàn)和量測結(jié)構(gòu)不不同工作階階段(開裂、屈服、破壞階段)自振特性變變化等。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特特性試驗(yàn)，，是在結(jié)構(gòu)構(gòu)模型安裝裝在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)以前，采采用自由振動(dòng)法法或脈動(dòng)法進(jìn)行試驗(yàn)量量測。五、加載過過程及試驗(yàn)驗(yàn)方法1、一次性加載載特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)構(gòu)從彈性階段、彈塑性階段直至破壞階段的全過程是是在一次加加載過程中中全部完成成的?？梢砸暂^好地連連續(xù)模擬結(jié)結(jié)構(gòu)在一次次強(qiáng)烈地震震中的整個(gè)個(gè)表現(xiàn)與反反應(yīng)。五、加載過過程及試驗(yàn)驗(yàn)方法2、多次性加載載目前，在地地震模擬振振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)中，大多多數(shù)的研究究者都采用用多次性加載的方方案進(jìn)行試試驗(yàn)研究。。一般情況況下可以分分為以下幾幾個(gè)階段:（1）動(dòng)力特性試試驗(yàn)；（2）振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面面輸入振動(dòng)動(dòng)信號，使使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生生微裂縫；（3）加大臺(tái)面輸輸入的振動(dòng)動(dòng)信號，使使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生生中等程度的的開裂。（4）加大臺(tái)面輸輸入的加速速度幅值，，使結(jié)構(gòu)變變?yōu)闄C(jī)動(dòng)機(jī)機(jī)構(gòu)，但結(jié)構(gòu)還具具有一定的的承載能力。（5）繼續(xù)加大振振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面面的振動(dòng)幅幅值，使結(jié)結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)機(jī)構(gòu)，若稍加荷荷載就會(huì)發(fā)發(fā)生破壞倒倒塌。目錄錄一、前言二、常用振振動(dòng)臺(tái)及特特點(diǎn)三、組成及及工作原理理四、加載設(shè)設(shè)計(jì)五、加載過過程及試驗(yàn)驗(yàn)方法六、觀測設(shè)設(shè)計(jì)及反應(yīng)應(yīng)測量七、安全措措施八、振動(dòng)臺(tái)臺(tái)試驗(yàn)實(shí)例例六、觀測設(shè)設(shè)計(jì)及反應(yīng)應(yīng)測量地震模擬振振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)，一般需需觀測結(jié)構(gòu)構(gòu)的有：加速度位移應(yīng)變反應(yīng)結(jié)構(gòu)的開裂部部位裂縫的發(fā)展結(jié)構(gòu)的破壞部部位破壞形式目錄錄一、前言二、常用振動(dòng)動(dòng)臺(tái)及特點(diǎn)三、組成及工工作原理四、加載設(shè)計(jì)計(jì)五、加載過程程及試驗(yàn)方法法六、觀測設(shè)計(jì)計(jì)及反應(yīng)測量量七、安全措施施八、振動(dòng)臺(tái)試試驗(yàn)實(shí)例七、安全措施施試件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)應(yīng)進(jìn)行吊裝驗(yàn)算，避免試件在在吊裝過程中中發(fā)生破壞.試件與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)的安裝應(yīng)牢固，對安裝螺栓栓的強(qiáng)度和剛度應(yīng)應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算。試驗(yàn)人員在上上下振動(dòng)臺(tái)臺(tái)臺(tái)面時(shí)應(yīng)注意意臺(tái)面和基坑坑地面之間的的間隙，防止發(fā)生墜墜人或摔傷事事故。傳感器應(yīng)與試試件牢固連接，并應(yīng)采取預(yù)預(yù)防掉落的措措施，避免因因振動(dòng)引起傳傳感器掉落或或損壞。有可能發(fā)生倒倒塌的試件，，應(yīng)在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)四周鋪設(shè)軟墊，并利用吊車車通過繩索或或鋼絲繩進(jìn)行行保護(hù)，防止止試件倒塌時(shí)時(shí)損壞振動(dòng)臺(tái)臺(tái)和周圍設(shè)備備。進(jìn)行倒塌塌試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)應(yīng)將傳感器全全部拆除、同同時(shí)認(rèn)真做好好攝像記錄工工作。試驗(yàn)過程中應(yīng)應(yīng)做好警戒標(biāo)志，防止與試驗(yàn)驗(yàn)無關(guān)的人員員進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)區(qū)。目錄錄一、前言二、常用振動(dòng)動(dòng)臺(tái)及特點(diǎn)三、組成及工工作原理四、加載設(shè)計(jì)計(jì)五、加載過程程及試驗(yàn)方法法六、觀測設(shè)計(jì)計(jì)及反應(yīng)測量量七、安全措施施八、振動(dòng)臺(tái)試試驗(yàn)實(shí)例八、振動(dòng)臺(tái)試試驗(yàn)實(shí)例上海星海大廈廈位于江寧路路普陀路口，，該大廈地下下2層，地上24層(局部25層)，立面從4層至20層開有巨大門門洞。由于受受建筑造型的的限制，結(jié)構(gòu)構(gòu)采用門式結(jié)構(gòu)，兩門框之間間成20°。試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑闉閘:25微粒混凝土整整體模型。通通過模擬地震震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)研究該結(jié)構(gòu)構(gòu)的自振頻率率、振型，研研究結(jié)構(gòu)在遭遭受7度多遇、基本本烈度和罕遇地震作用用時(shí)的加速度、、位移和應(yīng)變變反應(yīng)以及結(jié)結(jié)構(gòu)的開裂、、破壞部位和和破壞形式。。上海星海大廈廈模型（1）模型設(shè)計(jì)與制制作結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型型設(shè)計(jì)時(shí)，很很難完全滿足足模型與原型型之間的相似似關(guān)系。該試試驗(yàn)主要研究究地震時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)的性能，因因此設(shè)計(jì)主要要應(yīng)滿足抗側(cè)力構(gòu)件相似關(guān)系。物理量相似系數(shù)物理量相似系數(shù)長度1/25彈性模量1/3.516時(shí)間0.075應(yīng)力1/3.516頻率13.333位移1/25密度1.0加速度7.110表1模型相似系數(shù)數(shù)模型主體采用用微?；炷梁湾冧\鐵絲制作；墻、柱、梁、、板等構(gòu)件尺尺寸及配筋由由相似關(guān)系計(jì)算得出；柱中縱向鋼筋筋與箍筋的連連接采用焊錫焊接；梁、板中配有有點(diǎn)焊鐵絲網(wǎng)或鍍鋅鐵絲；由于模型比例例較小，制作作精度要求較較高，因此對對施工精度有有特殊要求。。該模型外模采用有機(jī)玻璃璃板，可以在在澆筑過程中中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問問題，保證澆澆筑密實(shí)。內(nèi)模采用泡沫塑料料。使用這種種材料易于拆拆模。（2）振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)方方法①試驗(yàn)采用的的波形上海星海大廈廈場地類別為為IV類場地土。根根據(jù)原型場地地條件以及原原型結(jié)構(gòu)的動(dòng)動(dòng)力特性，輸輸入波形選用EL-Centro波、San-Fernando波及擬合規(guī)范范反應(yīng)譜的人人工地震波。。試驗(yàn)時(shí)，分分為多遇地震、基本烈度地震震和罕遇地震三種加速度，，依次輸入上述三種波形形。②測點(diǎn)布置沿模型高度在在3個(gè)主軸方向布布置了23個(gè)加速度傳感感器。測量模模型的加速度度反應(yīng)，同時(shí)時(shí)布置了21片應(yīng)變片，測測量模型關(guān)鍵鍵部位主要構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)變反反應(yīng)。（3）試驗(yàn)結(jié)果①試驗(yàn)現(xiàn)象②模型動(dòng)力特特性該結(jié)構(gòu)的自振振特性有以下下特點(diǎn)：頻率序號123456頻率（