结构试验-第6章

结构试验 城市建设学院土木系主讲教师 杨曌 第6章工程结构动载检测 概述动荷载特性测定工程结构自振特性测定工程结构动力反应测定检测数据的处理 6 1概述 工程结构动载检测 概述 一 概念动荷载 随时间变化的荷载 如冲击荷载 随机荷载 风载 地震作用 等 二 结构动力检测主要内容1 动荷载特性的测定2 结构自振特性的测定3 结构在动荷载作用下的动力反应的测定 6 2动荷载特性的测定 工程结构动载检测 动荷载特性的测定 一 特点1 结构在动荷载下的动力反应与结构自振特性密切相关 同种动荷载下结构的动力反应是不同的 2 动荷载的动力效应有时远大于静力效应 认识 掌握动荷载的特性为结构隔震 减震等设计提供必要依据 二 内容动荷载特性主要包括动荷载的大小 方向 频率及作用规律等 三 常见的振动波形 工程结构动载检测 动荷载特性的测定 四 主振源探测1 实测频率掌握几种振源的振动频率 实测在这几种振动下结构的振动频率 与结构振动频率相同或接近的即为主振源 2 波形分析根据实测波形图 判断振动由哪些频率波形合成 找出振幅最大的波形 其频率即为主振源频率 五 动荷载特性测定方法1 直接法用传感器直接测定动荷载特性 最好的方法 实施难度大 2 比较法将结构在已知动荷载作用下的振动情况与待测动荷载作用下的振动情况比较 从而间接得出待测动荷载特性 振源可开启和关闭 工程结构动载检测 动荷载特性的测定 6 3工程结构自振特性的测定 一 概念又称结构动力特性 包括三个参数 自振频率 或周期 阻尼 阻尼比 振型每个结构都有其自振特性 是结构自身的固有属性 取决于质量 刚度等 与外荷载无关 二 测定方法1 自由振动法借助外荷载使结构产生初速度或初位移 使结构由于弹性而自由振动 主要有突然卸荷法 初位移法 突然加载法 初速度法 工程结构动载检测 结构自振特性的测定 突然卸荷法 工程结构动载检测 结构自振特性的测定 突然加载法 工程结构动载检测 结构自振特性的测定 2 共振法利用激振设备 对被测结构物施加一简谐荷载使结构产生一恒定的强迫简谐振动 借助共振原理得到结构自振特性的方法 工程结构动载检测 结构自振特性的测定 3 脉动法借助被测结构周围的不规则微弱干扰 地面脉动 空气流动等 所产生的微弱振动作为激励来测定结构物自振特性的方法 多种频率随机振动作用在结构上 与结构物频率接近的波形被放大 出现 拍振 波形 实施最为简单的方法 出现 拍振 表明出现与被测结构频率相同或接近的脉动频率 拍振 为脉动实测波形的重要标志 工程结构动载检测 结构自振特性的测定 6 4工程结构动力反应的测定 一 作用大量生产鉴定性试验及科学研究中需要对结构进行动力反应的测试 确定动荷载在结构中引起的附加应力 验算结构强度 确定动荷载在结构中引起的振动位移 验算结构刚度 确定动荷载对结构的动力效应 为设计提供动力系数 二 结构特定部位动参数的测定特定部位设置适当的拾振器 记录振动时的波形 例如 校核结构强度 测点布置在最危险的控制断面 测振动对精密仪器的影响 在仪器基座布置测点 工程结构动载检测 结构动力反应的测定 三 结构振动变位图结构在动荷载作用下的变形曲线 称为振动变位图 类似于振型 但有本质区别 区别 振型与外荷载无关 属于结构本身的动力特性 变位图是结构在外荷载作用下的动力反应 测点布置在控制断面上 各测点同时记录振动幅值 绘出波形图 工程结构动载检测 结构动力反应的测定 四 结构动力系数测定1 概念承受移动荷载的结构 如吊车梁 桥梁等 常常需要确定它的动力系数 因为对这些结构的动荷载计算是以静力计算为基础 再乘以动力系数加以考虑 定义 在动荷载作用下 结构动挠度和静挠度之比 用Kd表示 动挠度 静挠度由于移动荷载产生附加应力 所以动挠度总是大于静挠度 因此动力系数总是大于1 对于桥梁结构 常采用冲击系数 Kd 1 工程结构动载检测 结构动力反应的测定 2 动力系数的测定方法将挠度计布置在被测结构物的跨中处 并连线应变仪和记录仪 1 有轨的 移动荷载先慢行 5km h 通过 测量结构跨中挠度 再按不同速度 10km h 15km h 20km h 通过 测跨中挠度 工程结构动载检测 结构动力反应的测定 2 无轨的 由于两次路线不可能完全相同 所以让移动荷载根据需要以不同的速度一次性通过 取振动挠度曲线的中线的最大值为 振动曲线的最大值为 工程结构动载检测 结构动力反应的测定 例题1 工程结构动载检测 检测数据处理 6 5检测数据处理 动态数据处理是动态检测的最后环节 通常指对实测波形的处理 一 合成波形的谐量分析对几种成分叠加在一起的合成波形进行分解 成为几个单一的简谐分量的方法即为合成波形的谐量分析法 1 两个频率相差较大 两倍以上 波形合成低频分量 f1 1 T1 幅值A1 高频分量 f2 1 T2 幅值A2 工程结构动载检测 检测数据处理 2 两个频率相近波形的合成a 拍振 周期Tp b 拍振 频率fp f高 f低 高频减低频 c 上下包络线最大宽度2 a1 a2 d 上下包络线最小宽度2 a1 a2 e 在 拍振 的一个周期Tp内 波峰的个数等于振幅较大的那个谐波分量的波峰个数 即f1 N Tpf l腹l腰 频率高的幅值大 fp f1 f2 工程结构动载检测 检测数据处理 二 结构自振特性各参数的数据处理结构自振特性主要包括三个参数 自振频率 阻尼 振型 1 自振频率求取自振频率即固有频率 指单位时间里周期的个数 f N t N 周期个数 t 时间 工程结构动载检测 检测数据处理 2 阻尼比求取阻尼也是结构自身的属性 阻尼越大越能抑制自由振动的幅度 阻尼比为被测结构阻尼系数与临界阻尼系数之比 自由振动法求阻尼比直接从所测的自由振动时域波形曲线上求取 结构的自由振动是有阻尼的衰减振动 且以对数形式衰减 有阻尼的衰减系数被称为对数衰减率 工程结构动载检测 检测数据处理 为增加样本个数 根据实测波形曲线 可作如下变换 工程结构动载检测 检测数据处理 上式两边取对数 可得 依据黏滞理论 单自由度振动时程曲线中 两相邻振幅比应为 两边取对数 工程结构动载检测 检测数据处理 考虑结构为有阻尼的振动周期 可知 通常情况 结构为低阻尼 当 0 2 r 则有 工程结构动载检测 检测数据处理 3 振型求取拾振器灵敏系数相同可依据实测