DBJ50T-415-2022 建筑結構動力特性及動力響應檢測技術標準　

建筑結構動力特性及動力響應Technicalspecificationforinspectingdynamicc主編單位：重慶市建筑科學研究院有限公司批準部門：重慶市住房和城鄉(xiāng)建設委員會施行日期：2022年08月01日重慶市住房和城鄉(xiāng)建設委員會文件渝建標〔2022〕16號重慶市住房和城鄉(xiāng)建設委員會關于發(fā)布《建筑結構動力特性及動力響應檢測技術標準》的通知各區(qū)縣(自治縣)住房城鄉(xiāng)建委，兩江新區(qū)、重慶高新區(qū)、重慶經開現(xiàn)批準《建筑結構動力特性及動力響應檢測技術標準》為我市工程建設地方標準，編號為DBJ50/T-415-2022,自2022年8月1日起施行。本標準由重慶市住房和城鄉(xiāng)建設委員會負責管理，重慶市建筑科學研究院有限公司負責具體技術內容解釋。重慶市住房和城鄉(xiāng)建設委員會2022年5月23日本標準是根據(jù)應重慶市城鄉(xiāng)建設委員會《關于下達2017年度重慶市工程建設標準制訂(修訂)項目計劃(第一批)的通知》渝總結實踐經驗，參考國內外有關先進標準，并在廣泛征求意見的本標準共7章和2個附錄，主要技術內容是：1總則；2術語和符號；3基本規(guī)定；4檢測儀器設備；5建筑建筑結構動力響應檢測；7檢測報告的編寫；附錄等。本標準由重慶市城鄉(xiāng)建設委員會負責管理，重慶市建筑科學研究院有限公司和重慶建工第十一建筑工程有限責任公司負責具體技術內容的解釋。在執(zhí)行過程中如有意見或建議，請隨時反饋至重慶市建筑科學研究院有限公司(地址：重慶市長江二路221號，郵編：400042)。本標準主編單位、參編單位、主要起草人和審查專家： 2術語和符號 2 2 33基本規(guī)定 54檢測儀器設備 84.1動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術要求 84.2動態(tài)數(shù)據(jù)采集設備維護 95建筑結構動力特性檢測 5.1一般規(guī)定 5.2檢測方法 5.3檢測要求 5.4檢測數(shù)據(jù)的分析與判定 6建筑結構動力響應檢測 6.1一般規(guī)定 6.2檢測方法 6.3檢測數(shù)據(jù)的分析與判定 7檢測報告的編寫 附錄A建筑結構動力檢測原始記錄表 附錄B振動信號特征值 23引用標準目錄 24 25 27 2 3 5 84.1Technicalrequirementsofdynamicdataacq 84.2Dynamicdataacquisitionequipmentmaintenanc 95Dynamiccharacteristictestofbu 5.4Analysisanddeterminationoftestdates 6Dynamicresponsedetectionofbuildingstructure 6.3Analysisanddeterminationoftestdatas 7Requirementoftestingrep AppendixATheoriginalrecordtableofdynamictestforbuildingstructure AppendixBEigenvaluesofvibrationsignals Explanationofwordinginthisstandard 24 Explanationofprovisions 2511.1為規(guī)范建筑結構動力特性和動力響應的檢測方法和程序，1.2本標準適用于新建及既有建筑結構的動力特性檢測，以及1.3建筑結構振動測試應委托具有相應檢測資質的檢測機構進1.4按本標準進行建筑結構振動檢測時，除應遵守本標準的規(guī)2表示結構振動頻率的基本物理量，如幅頻特性和相頻特頻率的變化不會引起它們的靈敏度發(fā)生超出指定的百分數(shù)的變化。2.1.6信噪比signaltonoiseratio表示放大器的輸出信號的電壓與同時輸出的噪聲電壓的比，2.1.7靈敏度sensitivity2.1.8動態(tài)范圍dynamicrange可測量的最大振動量與最小振動量之比，常用分貝數(shù)dB32.1.9環(huán)境激勵法ambientexcitationmethod利用結構周圍環(huán)境隨機激勵引起的振動進而來識別結構動力特性的一種方法。2.1.10奈奎斯特頻率nyquistfrequency為防止信號混疊需要定義最小采樣頻率，即1/2倍的采樣t——時間v——速度k——剛度5——阻尼比性——均方值o2——方差R(t)——自相關函數(shù)G?(f)——自功率譜函數(shù)R,,(t)——互相關函數(shù)G(f)——互功率譜函數(shù)y2——相干函數(shù)φ——相位角H(w)——頻響函數(shù)4FFT——快速傅里葉變換53.1建筑結構動力特性及動力響應測試之前應編制檢測方案，方案編制前應進行建筑結構的狀況調查和資料收集，宜包括下列1工程場地勘察報告、工程結構設計、施工及竣工資料；2建筑物實際使用條件和內外環(huán)境，包括建筑外觀、平面布3建筑場地及其鄰近的振源分布狀況；4已確定振源的振動屬性及傳播路徑；5歷年來結構檢測、養(yǎng)護及維修資料。3.2建筑結構動力特性及動力響應檢測方案宜包括下列內容：3檢測設備及要求；4建筑結構的狀況調查和資料收集；4檢測內容及具體方法；5測點布置方案；6安全技術措施。3.3下列情況下建筑結構的檢測方案應進行專門技術論證：1現(xiàn)行《高層建筑混凝土結構技術標準》規(guī)定的大跨度結2特殊及結構形式復雜的結構，尤其是古建筑結構；3遭受偶然作用(如地震、爆炸、火災等)需進行安全評估的建筑結構；4采用新型材料的建筑結構；5檢測方案復雜或其他需要論證的建筑結構。63測點的數(shù)量和布置范圍應有冗余量，重要部位應增加6測點的布置應盡量遠離可能存在的偶發(fā)外部振源，避免4試驗之前應對測量傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等進行檢定置應符合第5章和第6章的相關要求；7振動測試，應當有專門的防護技術措施。3.8現(xiàn)場檢測記錄應包括下列內容：3結構幾何特征、測點布置情況；4實測電子數(shù)據(jù)以及相關影像資料；5檢測過程中的情況說明；84.1.1動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由激振系統(tǒng)、傳感器、信號放大調理1傳感器的實用量程宜為其滿量程的80%左右，且最大工4傳感器應具有良好的分辨率，且不低于檢測結構參數(shù)的2多通道放大器各通道間應無串擾、相位一致、頻響范圍3系統(tǒng)準確度不應低于0.5%。94.2動態(tài)數(shù)據(jù)采集設備維護4.2.1測試系統(tǒng)在投入使用前應進行校準。4.2.2在環(huán)境規(guī)定條件的現(xiàn)場使用，應注意避免酸、堿、鹽、霧、5建筑結構動力特性檢測5.1一般規(guī)定5.1.1建筑結構動力特性檢測參數(shù)包括結構的固有頻率、阻尼5.1.2建筑結構動力特性，可根據(jù)結構的特點選擇下列檢測方法：1結構的基本振型，宜選用環(huán)境振動法、初位移法等方法進行檢測；2結構平面有多個振型時，宜選用穩(wěn)態(tài)正弦波激振法進行檢測；3結構空間振型或扭轉振型，宜選用多振源相位控制同步的穩(wěn)態(tài)正弦波激振法或初速度法進行檢測；4評估結構的抗震性能時，宜選用隨機激振法或人工爆破模擬地震法。5.1.3在檢測前，應對結構動力特性進行預估，以便選擇相應的檢測設備和檢測方法。5.2.1傳感器的安裝應遵循以下原則：1傳感器的靈敏主軸方向應與測試的振動方向一致；2傳感器附近應防磁防局部振動；3傳感器應平穩(wěn)地固定在平坦、堅實的基面上。5.2.2測點的布置應遵循以下原則：1平移振動的測點應布置在建筑物的剛度中心位置；2扭轉振動的測點應布置在建筑物的X或Y坐標最遠端，4測點布置應避開振型節(jié)點，并可充分顯示結構的模態(tài)1測磚石結構的水平振動，測點宜布置在各層平面剛度中2測木結構的水平振動，測點宜布置在中跨的各層柱頂和5.2.4應根據(jù)檢測目的，選擇合適的檢測方向。傳感器宜沿結5.2.5應根據(jù)所需頻率范圍設置低通濾波頻率和采樣頻率，采率的3～5倍。3當需要多次檢測時，每次檢測應至少保留一個共同的參2當激振器安裝在樓板上時，應避免樓板的豎向自振頻率4在共振頻率附近檢測時，應保證半功率帶寬內的測點不少于5個頻率。5.4.2采用快速傅里葉變換(FFT)進行頻譜分析前，宜對數(shù)據(jù)數(shù)不宜小于32次，且重疊率宜大于1/2。5.4.3建筑結構動力參數(shù)的識別方法可分為頻域識別法、時域5.4.4當采用頻域峰值法確定結構動力特性時，應滿足以下1固有頻率的判斷：(1)FFT自功率譜(幅值譜)的峰值處；(2)頻響函數(shù)分析中，自振頻率處相干函數(shù)接近等于1;(3)對于相同方向的多個測點，各測點在自振頻率處具有近似同相位或反相位的特點。2阻尼比在頻率不密集時可按照半功率帶寬法和對數(shù)衰減法進行確定。3振型函數(shù)應該按照下列規(guī)定進行確定：當各個模態(tài)的自振頻率較分散，且結構阻尼比較小時，振型之比宜由下式得出：式中：qb、pi分別為自振頻率對應的不同自由度的振型函數(shù)值，其正負號可由互功率譜在w;處的相位來確定。5.4.5當各個模態(tài)的自振頻率較密集時，宜采用隨機子空間識別方法(SSI進行結構參數(shù)識別。5.4.6對于復雜結構，可采用時頻域識別方法，包括小波分析法(WL)和基于希爾伯特黃變換(HHT)的模態(tài)參數(shù)識別方法。6建筑結構動力響應檢測6.1.1建筑結構動力響應檢測前應了解振源類型及其特性，振動對建筑結構的影響。6.1.2建筑結構動力響應，應在振動源發(fā)出振動時進行檢測。在進行動力響應檢測時，宜測定振動源發(fā)出振動的特性。6.1.3動力響應檢測過程中，宜根據(jù)不同的振源類型，測量不同6.1.4動力響應檢測前，應估計被測量參數(shù)的最大值，再調整分析儀器的量程，最大值宜落在量程的1/2～2/3之間，以獲得最大6.1.5動力響應試驗數(shù)據(jù)的采集記錄，應保證所采集的信息波形不失真。6.2檢測方法6.2.1傳感器的安裝應遵循以下原則：1傳感器的靈敏主軸方向應與測試的振動方向一致；2傳感器附近應防磁防局部振動；3傳感器應平穩(wěn)地固定在平坦、堅實的基面上。6.2.2外部地面振動源的振動特性檢測，宜按現(xiàn)行國家標準《城市區(qū)域環(huán)境振動測量方法》GB10071的有關規(guī)定執(zhí)行，其地面測點之一宜布置在離既有建筑5m范圍內的平坦堅實地面上；當需要判定振動源相對準確的位置時，宜根據(jù)既有建筑與初步判定外界振動源的相對位置，增設布置近點和遠點測點各一處。6.2.3對于偶發(fā)且已判定位置的外部地面振動源，可采取模擬振動或重復發(fā)振的方式。6.2.4測點的布置應遵循以下原則：1對于建筑結構內部的設備設施和撞擊等振動源，動力響應的測點應布置在振動源附近；2對于外部地面振動源，動力響應的測點宜布置在建筑的首層，其余樓層可逐層或隔層布置測點；當有地下室時，宜在最底層的地下室底板布置測點；3各樓層的動力響應檢測，宜在順振源的方向上布置若干個測點；4結構構件的動位移、動應變的測點，宜布置在變形大、受5結構構件的振動加速度或速度動力響應測點，宜布置在6.2.5受風或爆炸沖擊波等影響的建筑結構，宜在迎向氣流方向的輕型圍護結構上布置動力響應的測點。6.2.6古建筑結構動力響應檢測的測點布置應遵循以下要求：1測磚石結構的水平響應，測點應沿兩個主軸方向分別布置在承重結構的最高處；2測木結構的水平響應，測點應布置在兩個主軸中跨的頂層柱頂；6.2.7動力響應的各測點，宜布置兩個水平方向和豎向的振動6.3.1對采集數(shù)據(jù)按照本標準第5.3.1條進行信號預處理。6.3.5振動源的振動與建筑結構的動力響應吻合時，可判定該6.3.6結構動力響應的檢測結果可用于振動影響的評價，評價1各種振源引起的振動對建筑結構的影響應符合現(xiàn)行國家2住宅建筑(含商住樓)室內振動限值應符合現(xiàn)行國家標準《住宅建筑室內振動限值及其測量方法標準》GB/T50355的規(guī)定；3建筑樓蓋舒適度的振動限值應符合現(xiàn)行國家標準《建筑4城市各類區(qū)域鉛垂向振級標準值應符合現(xiàn)行國家標準《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》GB10070的規(guī)定；5爆破振動對建筑結構的影響應符合現(xiàn)行國家標準《爆破6工業(yè)振動對古建筑結構的影響，應符合現(xiàn)行國家標準《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》GB/T50452的規(guī)定。7.1檢測報告應至少包括以下內容：2技術措施：檢測儀器與檢測方法；4檢測結果；5檢測結論與建議；6附圖與附表；工程項目檢測地點檢測時間文件名示意圖數(shù)據(jù)文件名檢測人員校核人員附錄B振動信號特征值B.1均值在時間歷程T內的振動信號x(t)所有值得算術平均值。即離散量表達形式為B.2均方值在時間歷程T內，振動信號x(t)平方值的算術平均值，即離散量表達形式為B.3方差表示振動信號偏離均值的平方的平均值，即離散量表達形式為B.4自相關函數(shù)振動信號的自相關函數(shù)是描述一個時刻t的數(shù)據(jù)值與另一個時刻t+t的數(shù)據(jù)值之間的依賴關系，即B.5功率譜密度函數(shù)功率譜是用以表示振動信號在某頻段的能量成分，振動信號在時間歷程T內的平均功率為振動信號在單位帶寬△f內的平均功率稱為自功率譜密度函數(shù)G(f),即B.6互相關函數(shù)互相關函數(shù)R,是表示兩個振動信號x(t),y(t)相關性的統(tǒng)計量。其定義為B.7互功率譜密度函數(shù)兩組振動信號的互功率譜密度函數(shù)定義為相對應的互相關式中：實部E(f)稱為共譜密度函數(shù)；虛部Qz(f)稱為重譜密度函數(shù)。B.8相干函數(shù)相干函數(shù)也是一個在頻域中描述兩個振動信號相關特性的函數(shù)。其定義為B.9頻響函數(shù)設無阻尼振動系統(tǒng)受簡諧激勵f(t)=Fei,根據(jù)式其中F為激勵其中x為穩(wěn)態(tài)位稱為無阻尼系統(tǒng)的頻響函數(shù)矩陣，n×n階，是實對稱矩陣。無阻尼振動系統(tǒng)頻響函數(shù)的模態(tài)展式為B.10脈沖響應函數(shù)頻響函數(shù)矩陣模態(tài)展式的傅氏逆變換即脈沖響應函數(shù)矩陣，其中第e行第f列元素表示僅在第f個物理坐標作用單位脈沖力，在第e個物理坐標產生的脈沖響應1為便于在執(zhí)行本標準條文時區(qū)別對待，對要求嚴格程度不同的用詞說明如下：1)表示很嚴格，非這樣做不可的用詞：2)表示嚴格，在正常情況下均應這樣做的用詞：3)表示稍有選擇，在條件許可時首先這樣做的用詞：4)表示有選擇，在一定條件下可以這樣做的：采用“可”。2條文中指定按其他有關標準、規(guī)范執(zhí)行時，寫法為“應符合的規(guī)定”。非必須按所指定的標準、規(guī)范或其他規(guī)定執(zhí)行時，寫引用標準目錄1《機械振動與沖擊加速度計的機械安裝》GB/T144122《機械振動與沖擊建筑物的振動振動測量及其對建筑物3《建筑工程容許振動標準》GB508684《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》GB/T504525《城市區(qū)域環(huán)境振動標準》GB100706《爆破安全規(guī)程》GB67227《住宅建筑室內振動限值及其測量方法標準》GB/T503558《建筑樓蓋結構振動舒適度技術標準》JGJ/T4419《建筑結構檢測技術標準》GB/T50344建筑結構動力特性及動力響應條文說明本標準是編制組對我市主要建筑結構檢測單位在建筑結構動力特性及動力響應方面的試驗檢測情況進行了調查研究，收集了大量資料，總結了建筑結構動力特性及動力響應檢測技術的研究成果和實踐經驗，同時參考借鑒了國內相關技術標準，通過廣標準時能正確理解和執(zhí)行條文規(guī)定，《建筑結構動力特性及動力了說明。 313基本規(guī)定 324儀器設備 334.1傳感器的選擇與布置 4.2動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術要求 5建筑結構動力特性檢測 5.1一般規(guī)定 5.2檢測方法 345.3檢測要求 355.4檢測數(shù)據(jù)的分析與判定 6建筑結構動力響應檢測 6.1一般規(guī)定 396.2檢測方法 691.1本條闡述了標準的編制目的。制定本標準的目的，是為了規(guī)范動力檢測這一新型檢測技術在工程質量檢測中的程序和方法，提高檢測結果的可靠性，從而更好地促進該技術的應用和1.2本條規(guī)定了標準的適用范圍及意義。建筑結構動力特性包擊、施工振動等。構筑物的動力特性及動力響應也可參考此1.3本條規(guī)定了動力檢測的執(zhí)行機構，以及對具體檢測人員的1.4闡述了本標準與其他相關標準的關系。應遵守協(xié)調一致、3.1規(guī)定了制定檢測方案前應該搜集的資料和狀況調查。3.2規(guī)定了制定檢測方案應該包括的內容。3.4規(guī)定了檢測測點的布置原則。3.6規(guī)定了動力檢測的一般步驟。在檢測工作開始前應明確檢測目的，用以確定測量儀器的精度和可靠性；同時，確定檢測人范圍、幅值、動態(tài)范圍以及理論方向的估計，合理選擇測量設備，要求小信號不失真、大信號不超量程。測點的布置和安裝可參考5.2.1、5.2.2、6.2.1和6.2.4條。在數(shù)據(jù)的調試過程中，若記錄曲線出現(xiàn)漂移情況，可從以下幾點傳感器是否與被測點固定好、檢查輸入插座是否可靠。傳感器的具體安裝方式可參考《機械振動與沖擊加速度計的3.8實測電子數(shù)據(jù)應保存完整，采用光盤等形式按相關規(guī)定存4.1傳感器的選擇與布置4.1.1~4.1.3規(guī)定了傳感器的選型、性能要求。目的是為了避免測量時可能因傳感器的選擇不當產生的誤差。4.2動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術要求4.2.2～4.2.3規(guī)定了動測設備采集系統(tǒng)的基本要求。目的是為了避免測量時可能產生的誤差。若檢測儀器對測試系統(tǒng)質量和剛度有明顯影響，可通過修正方法予以消除。5建筑結構動力特性檢測5.1一般規(guī)定5.1.1動力特性檢測結果可與結構計算結果或原有試驗結果對比，為建筑結構設計、抗震驗算及安全性評價提供基本技術資料。主要應用于：驗證理論計算；分析結構的振動現(xiàn)象，如扭轉振動、鞭梢效應等；尋找減小振動的途徑。5.1.2建筑結構動力特性檢測一般采用環(huán)境激勵法，對于僅需要獲得結構基本模態(tài)的，可采用初始位移法、重物撞擊法等方法。如結構模態(tài)密集，或者結構特別重要其條件許可，則可以采用穩(wěn)態(tài)正弦激振方法，手段和適用范圍可參照國家現(xiàn)行標準《建筑抗震試驗方法規(guī)程》JGJ101。對于單點激勵法測試結果，必要時可采用多點激勵法進行校核。對于大型復雜結構宜采用多點激勵5.2.1動力特性檢測時，傳感器測試方向如果安裝不一致，其感應的振動分量就是會有差異，影響分析結果。傳感器如果安裝在一些容易產生局部振動的構件上，局部振動的信號會被感應進去，給分析帶來麻煩。測量記錄時，傳感器不能隨意翻看和移動。傳感器附近不能有強磁場的干擾，以免影響傳感器的正常工作。振動傳感器的固定，常有三種方法：螺栓固定、接方式固定。5.2.2現(xiàn)場試驗時，如剛度中心不易確定，平面位置的幾何中心容易找到，傳感器可放至幾何中心。建筑物的扭轉振動是整個建5.2.5采樣定理又稱奈奎斯特定理，奈奎斯特頻率f,大于信號包含的最高頻率的2倍。如果信號中包含的最高頻率5.4.1本條規(guī)定了對數(shù)據(jù)進行預處理的方法：1信號標定和變換。采集得到的數(shù)據(jù)首先需要進行標定變2消除趨勢項。采集到的振動信號數(shù)據(jù)，由于可能存在放3重采樣和濾波處理。通過數(shù)學運算從所采集的離散信號波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、帶阻濾波器(BSF)和梳狀濾波器；按照數(shù)學運算方式考慮，數(shù)字濾波又分為時域濾波方法和頻域濾波方法。5.4.3本條規(guī)定為常用結構動力參數(shù)的識別方法。工程結構動力參數(shù)的識別方法具體有以下幾種：1結構模態(tài)參數(shù)的頻域識別法結構模態(tài)參數(shù)的頻域識別法，是基于結構傳遞函數(shù)或頻率響應(簡稱頻響函數(shù))在頻域內識別結構的固有頻率、阻尼比和振型等模態(tài)參數(shù)的方法。頻域法可分為單模態(tài)識別法、多模態(tài)識別法、分區(qū)模態(tài)識別法和頻域總體識別法。對小阻尼且各階模態(tài)耦合較小的系統(tǒng)，用單模態(tài)識別法可達到滿意的識別精度。對模態(tài)耦合較大的系統(tǒng)，必須用多模態(tài)識別法。對于單自由度體系而采用SISO法和SIMO法。頻域法的最大優(yōu)點是利用頻域平均技存在若干不足。2結