土木工程振動測試_第1頁
土木工程振動測試_第2頁
土木工程振動測試_第3頁
土木工程振動測試_第4頁
土木工程振動測試_第5頁
已閱讀5頁,還剩33頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

工程結(jié)構(gòu)的動載試驗1土木工程振動測試5/8/2024概述在工程結(jié)構(gòu)所受的荷載中,除了靜荷載外,往往還會受到動荷載(動力作用)的作用。動荷載:大小、位置和方向隨時間變化的荷載。從動態(tài)角度來講,靜荷載只是動荷載的一種特殊形式。2土木工程振動測試5/8/20241940年,美國華盛頓州的塔科瑪峽谷上花費640萬美元,建造了一座主跨度853.4米的懸索橋。建成4個月后,于同年11月7日碰到了一場風(fēng)速為19米/秒的風(fēng)。雖風(fēng)不算大,但橋卻發(fā)生了劇烈的扭曲振動,且振幅越來越大(接近9米),直到橋面傾斜到45度左右,使吊桿逐根拉斷導(dǎo)致橋面鋼梁折斷而塌毀,墜落到峽谷之中。概述3土木工程振動測試5/8/2024動力作用的主要特點:作用及作用效應(yīng)隨時間發(fā)生變化。因此考慮動力荷載作用下結(jié)構(gòu)的性能,不僅考慮荷載作用的大小和位置,還應(yīng)考慮荷載作用的時間及結(jié)構(gòu)響應(yīng)隨時間變化的關(guān)系。例如:地震發(fā)生時由于地面的運動引起建筑物的振動而造成建筑物的破壞;汽車或列車高速駛過橋梁,所造成的振動引起的橋梁的破壞;往復(fù)運動造成結(jié)構(gòu)的疲勞破壞;風(fēng)作用而引起的橋梁破壞。因此,若需要了解結(jié)構(gòu)在整個服役期內(nèi)的工作狀態(tài),有必要了解結(jié)構(gòu)在動荷載動荷載作用下的工作性能概述4土木工程振動測試5/8/2024

土木工程中需要解決和研究的動力問題范圍很廣,歸納起來大致有以下幾方面:1、從事抗震理論分析及試驗研究,為地震設(shè)防和抗震設(shè) 計提供依據(jù),提高各類工程結(jié)構(gòu)的抗震能力。2、設(shè)計和建筑工業(yè)廠房是需要考慮生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的振 動對廠房結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的影響。3、高層結(jié)構(gòu)與高聳構(gòu)筑物設(shè)計是需要解決風(fēng)荷載所應(yīng)起 的振動問題。4、橋梁設(shè)計與建設(shè)中需要考慮車輛動荷載對橋梁的振動 及危害問題。5、海洋采油平臺設(shè)計中需要解決海浪的沖擊等不利因素 影響問題。6、研究結(jié)構(gòu)的抗爆問題。7、周圍環(huán)境的隨機(jī)振動概述5土木工程振動測試5/8/2024振源:(1)自然振源:地面脈動、氣流所致振動,爆破、動力設(shè)備、運輸設(shè)備、起重設(shè)備等運行中產(chǎn)生的振動;(2)人工振源:有目的的激振。。概述6土木工程振動測試5/8/2024

如何正確模擬結(jié)構(gòu)所受的動力荷載,是結(jié)構(gòu)動載試驗首先要解決的問題。加載方式主要有:1、慣性力加載: 沖擊荷載、離心力荷載(偏心激振器)2、電磁加載3、液壓振動臺4、結(jié)構(gòu)疲勞試驗機(jī)5、電液伺服加載系統(tǒng)概述7土木工程振動測試5/8/2024一、慣性力加載原理:利用運動物體質(zhì)量的慣性力,對結(jié)構(gòu)施加動荷載。按慣性力的方法可分為:沖擊力、離心力及直線位移慣性力加載等。1、沖擊荷載:作用時間短,可用于測定試件在沖擊荷載作用下的承載能力及抗裂性能,也用于結(jié)構(gòu)自振特性的測試。突加荷載:水平加載、垂直加載突卸荷載:使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一初始位移,然后突然卸載,使結(jié)構(gòu)自由振動。8土木工程振動測試5/8/2024一、慣性力加載2、離心力加載:根據(jù)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生離心力的原理對結(jié)構(gòu)施加簡諧振動荷載。偏心式激振器:優(yōu)點:激振力范圍大,可達(dá)幾牛至幾兆牛。缺點:頻率范圍較小,一般在100Hz以內(nèi)。它輸出的激振力與旋轉(zhuǎn)頻率的平方成正比,因此,它在低頻時激振力不大。9土木工程振動測試5/8/2024二、電磁加載

它是一種頂桿式的電磁激振器,與信號發(fā)生器(通常為低頻信號發(fā)生器)和功率放大器配合使用,電磁激振器體積小,使用方便。電磁式激振器:優(yōu)點:激振力為幾百N至幾十kN,振幅為0~±10mm,頻率范圍為0~200Hz??梢援a(chǎn)生各種波形的激振力。缺點為:激振力不大,只適合用于小型結(jié)構(gòu)或小模型試驗。10土木工程振動測試5/8/2024三、液壓振動臺

液壓振動臺主要用于模擬地震波振動臺試驗。模擬地震振動臺主要有單向、雙向及三向運動方式。在各種結(jié)構(gòu)模型動力試驗中,模擬地震振動臺是最理想的結(jié)構(gòu)抗震試驗設(shè)備。由于其在結(jié)構(gòu)模型試驗中,可以直接測區(qū)結(jié)構(gòu)模型在地震波作用下的加速度、速度、位移及應(yīng)變反應(yīng),因此更接近實際。11土木工程振動測試5/8/2024四、結(jié)構(gòu)疲勞試驗機(jī)

結(jié)構(gòu)疲勞試驗機(jī)主要是用來對結(jié)構(gòu)做正弦波形荷載的疲勞試驗。當(dāng)脈動量調(diào)至零時也可用來對結(jié)構(gòu)做靜載試驗或長期荷載試驗等。 它主要由控制系統(tǒng)、脈動發(fā)生系統(tǒng)和脈動千斤頂組成。

12土木工程振動測試5/8/2024五、電液伺服加載系統(tǒng)1、主要構(gòu)成控制系統(tǒng)信號源:給定振幅和頻率電腦控制系統(tǒng):對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、反饋和處理電液伺服閥:電信號與液壓轉(zhuǎn)換裝置執(zhí)行系統(tǒng)泵站系統(tǒng):高壓油泵、供油管路作動器(臺面):力或位移輸出裝置(雙向千斤頂)冷卻系統(tǒng):水冷、風(fēng)冷13土木工程振動測試5/8/2024

動載試驗量測儀器

要獲取動參數(shù),無疑需要通過測振儀器來測取。為此,了解測振儀器的基本原理、性能及正確使用方法是進(jìn)行動力試驗的重要環(huán)節(jié)和重要前提。動參數(shù)的測量方法有幾種不同的方式,如機(jī)械式儀表測量,光學(xué)式儀表測量以及電測量方式。目前多以電測量方式為主,并向著高精度和自動化方向發(fā)展。14土木工程振動測試5/8/2024測振儀器的性能指標(biāo)由于測量目的和試驗對象的不同,對測振儀器的性能指標(biāo)也將提出不同的要求。(1)靈敏度:是指輸出信號與輸人信號之比。(2)頻率范圍:是指在靈敏度為一常量或不超過某一允許值時,所對應(yīng)的儀器可使用的頻率范圍。(3)動態(tài)線性范圍:是指輸出信號與輸人信號呈線性關(guān)系時,所對應(yīng)的輸人信號幅值的范圍。15土木工程振動測試5/8/2024動力試驗測振儀器系統(tǒng)由三部分組成:1、測振傳感器:包含位移、速度、加速度、應(yīng)變、溫度。2、測振放大器:電荷放大器、電壓放大器、 電阻應(yīng)變儀等。3、測振記錄、顯示系統(tǒng)。測振儀器的性能指標(biāo)(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

動載試驗量測儀器16土木工程振動測試5/8/2024慣性式測振傳感器

慣性式測振傳感器是實測中應(yīng)用最多的一種傳感器。 慣性式測振傳感器的力學(xué)原理:要測振動,則要找一個“不動點”。其構(gòu)成方法是在儀器內(nèi)部設(shè)置“質(zhì)量-彈簧-阻尼”系統(tǒng)。這即所謂的慣性式測振傳感器。17土木工程振動測試5/8/2024慣性式測振傳感器分類磁電式速度傳感器:這是以慣性式拾振器力學(xué)模型為基礎(chǔ),以導(dǎo)線在磁場中運動而切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢為換能原理的磁電式拾振器。壓電式加速度傳感器:

它是以慣性式拾振器力學(xué)模型為基礎(chǔ),以壓電晶體的壓電效應(yīng)為換能原理的壓電式拾振器。所謂“壓電效應(yīng)”是指壓電晶體在受到機(jī)械作用力時而發(fā)生變形,其表面產(chǎn)生電荷。所受到的機(jī)械作用力越大,則產(chǎn)生的電荷越多,而當(dāng)作用力去掉后,晶體又回到原來不帶電的狀態(tài)。電阻應(yīng)變式加速度傳感器:內(nèi)部有微型的梁結(jié)構(gòu),應(yīng)變片貼在梁結(jié)構(gòu)上一般用全橋橋路接法。梁的一段配有質(zhì)量塊。在配合氣體或者液體阻尼,在加速度變化時,質(zhì)量塊受力=ma。梁產(chǎn)生變形,質(zhì)量一定,梁的變形(基應(yīng)變片變形)正比于加速度。從而通過應(yīng)變測得加速度度。18土木工程振動測試5/8/2024四、測振放大器測振放大器除了有放大(或衰減)功能外,還有模擬運算的功能。1、電壓放大器:磁電式的拾振器的輸出電動勢與被測振動體的振動速度成正比,使用微分電路則可獲得加速度信號;使用積分電路則可獲得位移信號。對于磁電式拾振器,由于其產(chǎn)生電壓量,采用電壓放大器。2、電荷放大器:壓電式加速度拾振器輸出的電荷與被測振動體的加速度成正比,使用積分電路可獲得速度信號,再使用一次積分電路則可獲得位移信號。對于壓電式加速度計,由于其產(chǎn)生電荷量,所以采用電荷放大器。3、動態(tài)電阻應(yīng)變儀:動態(tài)電阻應(yīng)變儀主要用來測量數(shù)值或方向隨時間而變化的應(yīng)變,即動應(yīng)變。由于動態(tài)應(yīng)變儀是用橋盒的形式引接應(yīng)變式傳感器的電阻應(yīng)變片來組成惠斯頓電橋(其原理與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀一樣),所以,它的前端傳感器,一定要為應(yīng)變式的傳感器。19土木工程振動測試5/8/2024測振記錄設(shè)備1、光線示波器2、X-Y函數(shù)記錄儀3、磁帶記錄儀4、動態(tài)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)(計算機(jī))20土木工程振動測試5/8/2024動態(tài)測試系統(tǒng)配套方式

目前,整個動態(tài)測試儀器系統(tǒng)通常有以下三種測振儀配套方式,21土木工程振動測試5/8/2024概述動力試驗通常包括三方面內(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、動應(yīng)變、動應(yīng)力)三個內(nèi)容各有不同的動參數(shù)。本節(jié)闡明它們各自不同的動參數(shù)測量的方法及手段。

22土木工程振動測試5/8/20241、動荷載的特點:這里研究的對象即動荷載,它與靜荷載有著明顯的區(qū)別、有其自身的特點:①動荷載的大小、方向(位置)、作用規(guī)律等都是隨時間的變化而變化。②結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)除了與動荷載的大小有關(guān)外,還與結(jié)構(gòu)自身動力特性密切相關(guān),在同樣大小的動荷載作用下,不同的結(jié)構(gòu)自振特性其動力反應(yīng)也不同;③動荷載所產(chǎn)生的動力效應(yīng)有時遠(yuǎn)大于相應(yīng)的靜力效應(yīng),甚至一個并不大的動荷載即可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞。這也是我們重視研究動荷載及其特性的意義所在。此外,在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力分析和抗振、隔振(震)設(shè)計時,必須掌握動荷載的特性。23土木工程振動測試5/8/2024

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,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)器運轉(zhuǎn)引起;c.兩個頻率相差兩倍的簡諧振源引起的合成振動波形;d.三個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:1.兩個頻率相近的簡諧振源共同作用;2.只有一個振源,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。24土木工程振動測試5/8/20242、結(jié)構(gòu)動力荷載特性試驗(1)結(jié)構(gòu)動力荷載試驗測定內(nèi)容試驗測定內(nèi)容包括:作用力的大小、作用力的方向、作用力的頻率、作用規(guī)律等。

(2)主振源探測

主振源可通過試驗方法探測:當(dāng)有多臺振動機(jī)械設(shè)備時,可逐個開動,通過觀察每個振源影響下的振動情況找出主振源。

通過分析實測振動波形,按照不同振源引起不同強(qiáng)迫振動的特點,間接判定振源性質(zhì),以此作為主振源探測的依據(jù)。SchoolofCivilEngineering其難度在于它是實測動荷載特性,而不是實測結(jié)構(gòu)在此動荷載作用下的反應(yīng)。為此在實測中往往會存在難以實施直接實測到動荷載特性的問題。在考慮實測方案時,應(yīng)十分注意實測的應(yīng)是動荷載的特性而不是在它作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)。

25土木工程振動測試5/8/2024結(jié)構(gòu)動力試驗(3)結(jié)構(gòu)動力荷載特性試驗方法

直接測定法:通過測定動荷載本身的參數(shù)來確定其性質(zhì)。

間接測定法:將動力機(jī)器安裝在專用彈性結(jié)構(gòu)上,下部為剛性支座,通過測試機(jī)器靜止和工作兩種狀態(tài)下,彈性結(jié)構(gòu)的動力特性,間接得出機(jī)器造成的振動荷載特性。

比較測定法:比較振源的承載結(jié)構(gòu)在已知動荷載作用下的振動情況和待測振源作用下的振動情況,比較得出荷載特性數(shù)據(jù)。SchoolofCivilEngineering26土木工程振動測試5/8/2024結(jié)構(gòu)動力試驗3、結(jié)構(gòu)動力特性試驗(1)結(jié)構(gòu)動力特性試驗內(nèi)容試驗測定內(nèi)容包括:自振頻率、阻尼系數(shù)、振型等參數(shù)??刹捎萌斯ぜふ穹ê铜h(huán)境隨機(jī)振動法。

(2)人工激振法

①自由振動

自振頻率:通過突然加載或卸載的方法,使結(jié)構(gòu)受沖擊荷載作用而產(chǎn)生自由振動。通過測取周期,求得自振頻率f=1/T。SchoolofCivilEngineering27土木工程振動測試5/8/2024結(jié)構(gòu)動力試驗結(jié)構(gòu)阻尼:SchoolofCivilEngineering28土木工程振動測試5/8/2024結(jié)構(gòu)動力試驗振型:通過在結(jié)構(gòu)的不同高度布置傳感器,根據(jù)傳感器測得的同一時刻不同高度處的振幅來確定結(jié)構(gòu)振型。SchoolofCivilEngineering29土木工程振動測試5/8/2024結(jié)構(gòu)動力試驗②強(qiáng)迫振動

自振頻率:當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振時,振幅出現(xiàn)最大值,此時激振頻率即為結(jié)構(gòu)自振頻率。利用激振器可以連續(xù)改變激振頻率的特點,可求得多自由度體系的自振頻率。SchoolofCivilEngineering30土木工程振動測試5/8/2024結(jié)構(gòu)動力試驗結(jié)構(gòu)阻尼:

振型:通過在結(jié)構(gòu)的不同高度布置傳感器,根據(jù)傳感器測得的同一時刻不同高度處的振幅來確定結(jié)構(gòu)振型。強(qiáng)迫振動法可測得結(jié)構(gòu)的各階振型,當(dāng)測量高階結(jié)構(gòu)振型時,應(yīng)布置足夠多的傳感器。SchoolofCivilEngineering31土木工程振動測試5/8/2024結(jié)構(gòu)動力試驗(3)環(huán)境隨機(jī)振動法建筑物的脈動源與地面脈動、風(fēng)或氣壓變化有關(guān),尤其受車輛、機(jī)器設(shè)備等擾動和附近地殼內(nèi)部小裂縫及遠(yuǎn)地震影響顯著,其脈動周期為0.1~2.0s。

假設(shè)脈動源的振動過程為X(w),結(jié)構(gòu)本身稱為系統(tǒng)H(iw),當(dāng)脈動源作用于系統(tǒng)后,結(jié)構(gòu)在外部激勵下將產(chǎn)生建筑脈動響應(yīng)Y(w)。SchoolofCivilEngineering32土木工程振動測試5/8/2024結(jié)構(gòu)動力試驗在測試時,通過測振傳感器測量地面自由場的脈動源x(t)和結(jié)構(gòu)反應(yīng)的脈動信號y(t)的記錄,將符合平穩(wěn)隨機(jī)過程的樣本經(jīng)專用信號處理機(jī)(頻譜分析儀或微機(jī)),使用具有傳遞函數(shù)的分析程序進(jìn)行計算處理,即可得到結(jié)構(gòu)的動力特性(頻率、振幅、相位等)。SchoolofCivilEngineering33土木工程振動測試5/8/20244、結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)試驗

通過動力測試,確定動荷載在結(jié)構(gòu)中引起的附加應(yīng)力,從而驗算結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度;確定動荷載引起的結(jié)構(gòu)的振動位移,從而判斷該結(jié)構(gòu)的剛度能否滿足使用和工作要求;確定移動荷載對結(jié)構(gòu)的動力效應(yīng),為設(shè)計計算結(jié)構(gòu)物(如吊車梁、橋梁等)提供實測動力系數(shù)。

34土木工程振動測試5/8/2024結(jié)構(gòu)動力試驗4、結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)試驗(1)結(jié)構(gòu)動態(tài)參數(shù)測量

結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)試

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論