结构实验技术讲稿动力部分第010次ppt课件

1、土木工程学院土木工程学院构造实验技术构造实验技术 田石柱田石柱 教授教授2.6 构造动力反响的测定 消费和科研中提出的一些问题，往往要求对消费和科研中提出的一些问题，往往要求对构造动荷载作用下的动力反响进展实验测定构造动荷载作用下的动力反响进展实验测定工业厂房在动力机械设备作用下振动情况工业厂房在动力机械设备作用下振动情况桥梁在列车经过时引起的振动；桥梁在列车经过时引起的振动；高层构造在风荷载作用下的振动问题；高层构造在风荷载作用下的振动问题；构造在地震作用下动力反响；构造在地震作用下动力反响；有防振有防振( (震震) )要求的设备；要求的设备；一、构造特定部位动参数的测定一、构造特定部位动参

2、数的测定 实际中经常遇到需求测定构造物在动实际中经常遇到需求测定构造物在动荷载作用下特定部位的动参数如振幅、频荷载作用下特定部位的动参数如振幅、频率率( (或频率谱或频率谱) )速度、加速度、动变形等。速度、加速度、动变形等。在这种情况下，只需在构造振动时布置适在这种情况下，只需在构造振动时布置适当的仪器当的仪器( (如位移传感器、速度传感器、加如位移传感器、速度传感器、加速度传感器或电阻应变计等速度传感器或电阻应变计等) )记录下振动图记录下振动图即可。测点布置根据构造情况和实验目的即可。测点布置根据构造情况和实验目的而定。而定。测点布置测点布置为了校核构造强度就应将测点布置在最危险为了校核

3、构造强度就应将测点布置在最危险的部位即控制断面上；的部位即控制断面上；假设是测定振动对精细仪器的影响，普通应假设是测定振动对精细仪器的影响，普通应在精细仪器基座处测定振动参数。在精细仪器基座处测定振动参数。多层厂房常需求测定某个振源多层厂房常需求测定某个振源( (如机床扰力如机床扰力) )引起的振动在建筑物内传布和衰减情况。引起的振动在建筑物内传布和衰减情况。在图中，振源为动力机床，以在图中，振源为动力机床，以振源处测得的振幅定为振源处测得的振幅定为1 1，其，其他各点测得的振幅与振源处的他各点测得的振幅与振源处的振幅之比称为该点的传布系数，振幅之比称为该点的传布系数，将各点传布系数标在图上就

4、可将各点传布系数标在图上就可明显地看出：此振源产生的振明显地看出：此振源产生的振动情况在楼层内的影响范围和动情况在楼层内的影响范围和衰减情况。衰减情况。是例如：研讨振动在同一楼层内传布情况。二、测定构造的振动变位图二、测定构造的振动变位图 为全面了解构造在动荷载作用下的振为全面了解构造在动荷载作用下的振动形状。可以安设多个测点作振动变位图。动形状。可以安设多个测点作振动变位图。 振动变位图的丈量方法，将各个测点振动变位图的丈量方法，将各个测点的振动图用记录仪器同时记录下来，根据的振动图用记录仪器同时记录下来，根据相位关系确定变位的正负号，再按振幅相位关系确定变位的正负号，再按振幅即变位大小以一

5、定比例画在变位图上，即变位大小以一定比例画在变位图上，最后连成构造在实践动荷载作用下的振动最后连成构造在实践动荷载作用下的振动变位图。变位图。留意留意: : 这种丈量和分析方法与前面讲过确实这种丈量和分析方法与前面讲过确实定振型的方法类似。而构造的振动变位图定振型的方法类似。而构造的振动变位图是构造在特定荷载作用下的变形曲线。普是构造在特定荷载作用下的变形曲线。普通说来并不和构造的某一振型相一致。通说来并不和构造的某一振型相一致。2.6 构造动力反响的测定确定了振动变位图后，确定了振动变位图后，即有能够按构造力学即有能够按构造力学的实际近似地确定构的实际近似地确定构造由于动荷载所产生造由于动荷

6、载所产生的内力。的内力。yEJQyEJMxfy )(三、构造动力系数的实验测定三、构造动力系数的实验测定 接受挪动荷载的构造如吊车梁、桥梁接受挪动荷载的构造如吊车梁、桥梁等，经常要确定它的动力系数，以断定构等，经常要确定它的动力系数，以断定构造的任务情况。造的任务情况。 挪动荷载作用于构造上所产生的动挠挪动荷载作用于构造上所产生的动挠度，往往比静荷载时产生的挠度大。动挠度，往往比静荷载时产生的挠度大。动挠度和静挠度的比值称为动力系数。度和静挠度的比值称为动力系数。为了求得动力系数，先使挪动荷载为了求得动力系数，先使挪动荷载以最慢的速度驶过构造，测得挠度以最慢的速度驶过构造，测得挠度图如图，然后

7、使挪动荷载按某种速图如图，然后使挪动荷载按某种速度驶过，这时构造产生最大挠度度驶过，这时构造产生最大挠度( (实实践测试中采取以各种不同速度驶过，践测试中采取以各种不同速度驶过，找出产生最大挠度的某一速度找出产生最大挠度的某一速度) )。从。从图上量得最大静挠度图上量得最大静挠度yjyj和最大动挠和最大动挠度度ydyd，即可求得动力系数。，即可求得动力系数。jdyyK构造的动力系数普通用实验方法实测确定构造的动力系数普通用实验方法实测确定上述方法只适用于一些有轨的动荷上述方法只适用于一些有轨的动荷载如吊车荷载。对无轨的动荷载载如吊车荷载。对无轨的动荷载( (如如汽车汽车) )不能够使两次行驶的

8、道路完全不能够使两次行驶的道路完全一样。这时可以采取只实验一次用一样。这时可以采取只实验一次用高速经过，记录图形如图。取曲线高速经过，记录图形如图。取曲线最大值为最大值为ydyd，同时在曲线上绘出中，同时在曲线上绘出中线，相应于线，相应于ydyd处中线的纵座标即处中线的纵座标即yjyj。按公式即可求得动力系数。按公式即可求得动力系数。jdyyK2.6.4 强震观测 近二十年来，强震观测任务开展迅速，近二十年来，强震观测任务开展迅速，很多国家已逐渐构成强震观测台网，其中很多国家已逐渐构成强震观测台网，其中尤以美国和日身手先。强震观测任务已成尤以美国和日身手先。强震观测任务已成为地震工程研讨中最活

9、泼的领域之一。为地震工程研讨中最活泼的领域之一。我国强震观测任务是在一些地震区和重要我国强震观测任务是在一些地震区和重要建筑物上设置了强震观测站。建筑物上设置了强震观测站。四、强震观测四、强震观测 强地震发生时以仪器为手段观测地面运动强地震发生时以仪器为手段观测地面运动的过程和建筑物的动力反响的任务称为强震观的过程和建筑物的动力反响的任务称为强震观测。测。强震观测的根本义务：强震观测的根本义务：(1)(1)获得地震时地面运动过程的记录。为研讨获得地震时地面运动过程的记录。为研讨地震影响场和烈度分布规律提供科学资料。地震影响场和烈度分布规律提供科学资料。(2)(2)获得构造物在强震作用下振动过程

10、的记录，获得构造物在强震作用下振动过程的记录，为抗震构造的实际分析与实验研讨以及设计方为抗震构造的实际分析与实验研讨以及设计方法提供客观的工程数据。法提供客观的工程数据。 强震不是经常发生，而且很难预测其发生时辰，强震不是经常发生，而且很难预测其发生时辰，所以强震仪设计了专门的触发安装，平常仪器不运所以强震仪设计了专门的触发安装，平常仪器不运转，无需专人看管，地震发生时，强震仪的触发安转，无需专人看管，地震发生时，强震仪的触发安装便自动触发启动，仪器开场任务并将振动过程记装便自动触发启动，仪器开场任务并将振动过程记录下来。思索到地震时能够中断供电，仪器普通采录下来。思索到地震时能够中断供电，仪

11、器普通采用蓄电池供电。在建筑物底层和上层同时布置强震用蓄电池供电。在建筑物底层和上层同时布置强震仪。地震发生时底层记录到的是地面运动过程，上仪。地震发生时底层记录到的是地面运动过程，上层记录到的即为建筑物的加速度反响。层记录到的即为建筑物的加速度反响。2.7 构造疲劳实验 构造物或构件在反复荷载作用下到达破坏时构造物或构件在反复荷载作用下到达破坏时的应力比其静力强度要低得多，这种景象称为疲的应力比其静力强度要低得多，这种景象称为疲劳。劳。对构造而言，它既有资料的疲劳问题又有构造本对构造而言，它既有资料的疲劳问题又有构造本身的疲劳问题。身的疲劳问题。2.7 构造疲劳实验按其受力情况不同按其受力情

12、况不同: :可分为压力疲劳、弯曲疲劳和改动疲劳实验可分为压力疲劳、弯曲疲劳和改动疲劳实验按实验机产生的脉冲信号的大小按实验机产生的脉冲信号的大小: :可分为等幅疲劳和变幅疲劳实验可分为等幅疲劳和变幅疲劳实验2.7 构造疲劳实验 此外，还有环境疲劳实验，如在腐蚀性环境此外，还有环境疲劳实验，如在腐蚀性环境下的疲劳实验、高温或低温下的疲劳实验、加压下的疲劳实验、高温或低温下的疲劳实验、加压或真空等条件下的疲劳实验。不同条件下的疲劳或真空等条件下的疲劳实验。不同条件下的疲劳实验有不同的疲劳呼应，实验结果也各有特点。实验有不同的疲劳呼应，实验结果也各有特点。我们主要讨论构造构件的疲劳实验问题。我们主要

13、讨论构造构件的疲劳实验问题。 2.7 构造疲劳实验一、构造疲劳实验的目的一、构造疲劳实验的目的 构造疲劳实验的直接目的是确定构造构造疲劳实验的直接目的是确定构造的疲劳极限，为了获得构造疲劳极限值，的疲劳极限，为了获得构造疲劳极限值，必需对构造施加反复荷载，并测定构造到必需对构造施加反复荷载，并测定构造到达疲劳破坏时荷载的反复次数。达疲劳破坏时荷载的反复次数。 构造所能接受的荷载反复次数及构造所能接受的荷载反复次数及应力到达的最大值均与应力的变化幅应力到达的最大值均与应力的变化幅度有关。研讨阐明，在一定应力变化度有关。研讨阐明，在一定应力变化幅度下，当疲劳应力小于某一应力值幅度下，当疲劳应力小于

14、某一应力值以后，荷载反复次数的添加不再会引以后，荷载反复次数的添加不再会引起构造的疲劳破坏。该疲劳应力值称起构造的疲劳破坏。该疲劳应力值称疲劳极限应力，构造设计时必需严厉疲劳极限应力，构造设计时必需严厉按照疲劳极限应力进展设计。按照疲劳极限应力进展设计。n应力与反复荷载作应力与反复荷载作用次数的关系飞用次数的关系飞二、构造疲劳实验的内容二、构造疲劳实验的内容 抗裂性及开裂荷载；抗裂性及开裂荷载； 裂痕宽度及其开展；裂痕宽度及其开展； 最大挠度及其变化幅度；最大挠度及其变化幅度； 疲劳极限强度。疲劳极限强度。二、构造疲劳实验的内容二、构造疲劳实验的内容对于科研性的疲劳实验，还应包括：对于科研性的

15、疲劳实验，还应包括： 各阶段截面应力分布情况，中和轴变化各阶段截面应力分布情况，中和轴变化规律。规律。 疲劳破坏特征分析疲劳破坏特征分析 疲劳破坏荷载及接受疲劳荷载的反复次疲劳破坏荷载及接受疲劳荷载的反复次数数 裂痕的宽度、长度、间距及其随荷载反裂痕的宽度、长度、间距及其随荷载反复次数的变化。复次数的变化。 钢筋及混凝土的应力随荷载反复次数的钢筋及混凝土的应力随荷载反复次数的变化。变化。三、构造疲劳实验的荷载三、构造疲劳实验的荷载1 1、疲劳测试的上限荷载、疲劳测试的上限荷载QmaxQmax是根据构件在是根据构件在规范荷载下最不利组合所产生的弯矩计算而规范荷载下最不利组合所产生的弯矩计算而得，

16、荷载下限那么根据疲劳实验机性能要求得，荷载下限那么根据疲劳实验机性能要求而定。而定。如图是疲劳实验荷载的加载制度。正弦、等如图是疲劳实验荷载的加载制度。正弦、等幅以模拟构造构件在运用阶段不断反复加载幅以模拟构造构件在运用阶段不断反复加载载的受力形状。载的受力形状。2 2、疲劳测试的荷载频率速度、疲劳测试的荷载频率速度 为了保证构件在疲劳测试时不产生共为了保证构件在疲劳测试时不产生共振，构件的稳定振动范围应远离共振区，即振，构件的稳定振动范围应远离共振区，即使疲劳测试荷载频率的满足条件。使疲劳测试荷载频率的满足条件。 或或1.31.3为构件固有频率；为构件固有频率；为荷载频率。为荷载频率。5 .

17、 03 3、疲劳循环次数、疲劳循环次数 构件经受以下控制次数的疲劳荷载作构件经受以下控制次数的疲劳荷载作用后，抗裂性即裂纹宽度刚度、强度必用后，抗裂性即裂纹宽度刚度、强度必需满足现行规范中的有关规定。需满足现行规范中的有关规定。中级任务制吊车梁中级任务制吊车梁 n=2 n=2106106次次重级任务制吊车梁重级任务制吊车梁 n=4 n=4106106次次四、构造疲劳实验的步骤四、构造疲劳实验的步骤普通等幅疲劳测试的程序如下：普通等幅疲劳测试的程序如下：1 1、静载实验阶段、静载实验阶段 在静载实验前先预加载，加载值为在静载实验前先预加载，加载值为20%20%的的QmaxQmax，以消除松动，接

18、触不良，压紧构，以消除松动，接触不良，压紧构件并检查测试仪表能否进入正常任务形状。件并检查测试仪表能否进入正常任务形状。该阶段的加载程序与普通静力实验根本一样，该阶段的加载程序与普通静力实验根本一样，分五级加至分五级加至QmaxQmax，然后按同样等级卸回至，然后按同样等级卸回至零荷载。零荷载。2 2、疲劳实验阶段、疲劳实验阶段疲劳实验期间应坚持荷载上、下限值的疲劳实验期间应坚持荷载上、下限值的稳定，其误差不宜超越最大荷载的稳定，其误差不宜超越最大荷载的3 3。在实验过程中还应有方案地停机进展静态测在实验过程中还应有方案地停机进展静态测点读数，停机宜在反复加载到点读数，停机宜在反复加载到1 1

19、、1010、5050、100100、200200、400400万次时进展。万次时进展。 动应变和动挠度的量测，应在荷载加动应变和动挠度的量测，应在荷载加至至1 1、2 2、5 5、1010、2020、5050、100100、150150、200200、300300、400400万次时分别进展。此外，在临近万次时分别进展。此外，在临近破坏时也应加强观测。破坏时也应加强观测。五、构造疲劳实验的观测五、构造疲劳实验的观测1 1、疲劳强度、疲劳强度构件所能接受荷载作用次数构件所能接受荷载作用次数(n)(n)，取决于最，取决于最大应力值大应力值maxmax及应力变化幅度及应力变化幅度 ；根据此条件进展疲

20、劳实验，在控制疲劳次数根据此条件进展疲劳实验，在控制疲劳次数内，构件的强度、刚度、抗裂性应满足现行内，构件的强度、刚度、抗裂性应满足现行规范要求。规范要求。maxmin当进展科研性疲劳实验时，构件是以疲劳极限强当进展科研性疲劳实验时，构件是以疲劳极限强度和疲劳极限荷载作为最大的疲劳承载才干。构度和疲劳极限荷载作为最大的疲劳承载才干。构件到达疲劳破坏时的荷载上限值为疲劳极限荷载。件到达疲劳破坏时的荷载上限值为疲劳极限荷载。构件到达疲劳破坏时的应力最大值为疲劳极限强构件到达疲劳破坏时的应力最大值为疲劳极限强度。度。为了得到给定值条件下的疲劳极限强度和疲劳为了得到给定值条件下的疲劳极限强度和疲劳极限

21、荷载，普通采取的方法是：根据构件实践承载极限荷载，普通采取的方法是：根据构件实践承载才干，取定最大应力值才干，取定最大应力值maxmax，作疲劳实验，求得疲，作疲劳实验，求得疲劳破坏时荷载作用次数劳破坏时荷载作用次数n n，从，从maxmax与与n n双对数直线关双对数直线关系中求得控制疲劳次数下的疲劳极限强度，作为规系中求得控制疲劳次数下的疲劳极限强度，作为规范疲劳极限强度。范疲劳极限强度。疲劳破坏的标志应根据相应规范的要求而定，疲劳破坏的标志应根据相应规范的要求而定，对科研性的疲劳实验有时为了分析和研讨破坏的全对科研性的疲劳实验有时为了分析和研讨破坏的全过程及其特征，往往将破坏阶段延伸至构

22、件完全丧过程及其特征，往往将破坏阶段延伸至构件完全丧失承载才干。失承载才干。2 2、疲劳实验的应变丈量、疲劳实验的应变丈量 普通采用电阻应变片丈量动应变，测普通采用电阻应变片丈量动应变，测点布置依实验详细要求而定。测试方法有以点布置依实验详细要求而定。测试方法有以下两种：下两种： 1 1动态电阻应变仪和记录仪组成丈动态电阻应变仪和记录仪组成丈量系统。这种方法的缺陷是测点数量少。量系统。这种方法的缺陷是测点数量少。 2 2用静动态电阻应变仪组成丈量系用静动态电阻应变仪组成丈量系统。这种方法简便且具有一定精度，可多点统。这种方法简便且具有一定精度，可多点丈量。丈量。3 3疲劳实验的裂痕丈量疲劳实验的裂痕丈量 由于裂痕的开场出现和微裂痕的宽度由于裂痕的开场出现和微裂痕的宽度对构件平安使器具有重要意义。因此，裂痕对构件平安使器具有重要意义。因此，裂痕丈量在疲劳实验中也是重要的，目前测裂痕丈量在疲劳实验中也是重要的，目前测裂痕的方法还是利用光学仪器目测或利用应变传的方法还是利用光学仪器目测或利用应变传感器电测裂痕等。感器电测裂痕等。4 4疲劳实验的挠度丈量疲劳实验的挠