结构动载试验

第四章工程结构动力试验4.1概述一、结构动力荷载的类型1）地震作用：对地震进行观测和预报，对建筑结构进行抗震试验研究。2）设备振动：如锻锤、吊车制动力，多层工业厂房机器等。3）风振：风载在高层和高耸结构设计中控制作用，影响舒适度4）环境振动：对精密机床、集成电路制造等设备将产生不良影响。为此，需对地脉动进行测试，根据振动能量的分布确定防振、隔振或消能措施。5）爆炸振动：研究建筑物的抗爆问题，研究如何抵抗核爆炸所产生的瞬时冲击荷载对结构的影响。加载方法：惯性力、电磁激振、疲劳机和液压振动台、爆炸冲击测定振源特性：测定振动的大小、方向、频率及其规律。测定结构动力特性：结构自振频率、阻尼比和振型。测定结构的动力反应：位移（振幅）、速度、加速度、动应力、动力系数二、结构动载试验的内容4.2动载试验加载方法

一、惯性力加载法利用物体质量在运动时产生的惯性力对结构施加动力荷载。按产生惯性力的方法，可分为冲击力加载和离心力加载两种方法。1、冲击力加载特点：作用时间极短，在它的作用下，结构将产生自由振动，适用于进行结构动力特性的试验。常用的方法有突然加载法和突然卸载法。1）初位移加载法（张拉突卸法）在结构上拉一根钢丝绳，使结构产生一个初始强迫位移，然后突然释放，让结构作自由振动。这种方法的优点是结构自振时荷载已不存在于结构，没有附加质量的影响，但它仅适用于刚度不大的结构。同时注意怎样牵拉和释放才能使结构仅在一个平面内产生振动。2）初速度加载法（突加荷载法）方法：利用摆锤或落重（落点处铺设1OO～2OOmm的砂垫层，小于结构自重的0.1%），作用力的总持续时间应小于结构的自振周期。2、离心力加载离心力加载是根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载。其特点是运动具有周期性，作用力的大小和频率按一定规律变化，使结构产生强迫振动。二、电磁加载法1、电磁式激振器根据电磁感应原理，当磁场中的线圈通过简谐变化的交变电流时，顶杆作用于结构的激振力也按同样规律变化，且激振力与通过线圈的电流成正比。1--外壳2a、2b--弹簧3--动圈4--铁芯5--励磁线圈5--顶杆优点：激振频率范围较宽（一般200Hz以内，个别可达1000HZ），推力较小（10kN以内），重量轻，控制方便，可按给定信号可产生各种波形的激振力。缺点：激振力不大，位移小。仅适合于小型结构及模型试验。

2、电磁振动台：由信号发生器、振动自动控制仪、功率放大器、电磁激振器和台面组成。电磁激振台三、结构疲劳试验机主要用于对各种结构构件（如梁、行架等）进行单向负荷的压力及弯曲疲劳试验。在一定范围内产生周期性的单向脉动荷载，实现正弦波的动态疲劳试验。疲劳试验机由控制系统（脉动负荷的上下限、脉动频率和疲劳次数的设定与控制）、液压脉动器（产生正弦脉动油压）和液压脉动加载器（施加脉动负荷）三部分组成。目前国内一般情况下只能做单向（拉或压）应力疲劳试验，如附有蓄力器系统，还可以进行拉压交变应力的疲劳试验。结构疲劳试验机结构疲劳试验机脉动器原理四、液压振动台加载地震模拟振动台是再现各种地震波对结构进行动力试验的一种先进试验设备，其特点是具有自动控制和数据采集及处理系统，采用了计算机和闭环伺服液压控制技术，并配合先进的振动测量仪器，可以在实验室内进行结构物的地震模拟试验，以求得地震反应对结构的影响。地震模拟振动台由台面、液压驱动系统、控制系统、测试和分析系统组成。地震模拟振动台组成三向地震模拟振动台五、其他加载方法1、反冲激振器加载（火箭激振）它适用于现场结构试验，但小冲量的也可用于实验室。目前使用的反冲激振器的反冲力为0.1～0.8kN和1～8kN。2、人工爆炸加载--人工地震利用在地面或地下炸药爆炸的方法产生地面运动的瞬时动力效应，模拟某一烈度的天然地震对结构的影响，称之为“人工地震”。炸药量和离距爆心的距离：按要求模拟的地震烈度，考虑实际场地条件的特点，由要求的地面质点运动的最大速度，确定炸药量和爆心至试验结构的距离。一般来说，要使人工爆炸接近于天然地震波，要求炸药量大，试验对象离爆心距离远。3、人激振加载利用人在结构物上的有规律的活动，即人的身体作与结构自振周期同步的前后运动，使其产生足够大的惯性力，对结构激振加载。适合于自振频率比较低的大型结构。例如：利用这种方法曾在一座15层的钢筋混凝土建筑上取得了振动记录。4、延环境午随机锈激振顽加载环境桂随机鸦振动狂：由于虑受到粮海潮摔、风防浪、匠气压辱变动策和地略球内赛部活副动等纯自然各原因既或交拥通运踩输、惩工业狼生产开以及卫其他采各种章人为窄活动帝等影狱响，天大地万在没震有地伏震时乡丰也会跨出现滔微动（地道面脉激动），称傲为环境脾随机热振动。利狱用它腿可以拨测量馋建筑胜物的葱动力毛特性牲，而扇不需微要任烂何的亮激振旱设备昌，又畜不受除结构雁型式虹和大刑小的探限制合。脉动壳反应沃：在地究面脉俭动影舰响下廉，建敢筑物樱也会月出现淡类似颗的微恒幅振猾动，做称之垫为建田筑物毛的脉动刚反应。通即过量北测仪觉器可叔以测散得脉纪动反直应的睛波形绣，波殊形中编近似“拍毁”振张的区扮段的振页动频生率就塔是结幸构的萝自振殃频率剪。多层垫房屋盐脉动歪反应联记录炮曲线单层屯工业笋厂房纷脉动努反应盯记录太曲线4.汇3袖振摄动测普量仪邪器一、胆测振迁传感趁器原普理质量词—弹凭簧—付阻尼事系统袖。把湾它固万定在停振动颜体上宇，通拜过测勺量惯漫性质野量相码对于柜传感渴器外命壳的抽运动医，来惹获得委振动绕体的致振动帐。二、炎幅频译特性击和相嘱频特读性1〕债位移胳传感嗓器：ω/价ωn辛》1猎(>围5)卡时叫，熄Y0提/X泉0≈饶1,总φ≈颠18凳0。2）松加速满度传衰感器振动遣测量勿时，示根据普振动呀频率呜和测折振传白感器康自振楚频率缸之间竖的关猴系，择来选吩择合元适的饲传感教器。防测恨量位结移：催应使封ω/络ωn盈尽可队能大剩，可嫩取5慕～1肆0。鄙测架加速乒度：霸应使初ω/攻ωn挺尽可梁能小之，可虾取0吉.1锈～0漠.2匹。加速度传感器的幅频特性曲线三、女磁电什式速逼度传革感器根据偿电磁闸感应观的原靠理制评成：堤振动投体振膜动时拒，线脸圈与线磁钢效之间创发生遍相对描运动捆，根丝式据电薯磁感和应定火律，垄感应辅电动尿势E李的大用小为潮：否E=破BL比nv澡即E阿正比单于v这。磁电式速度速度传感器特然点：吗低频没性能腊较好秧0.疤5-处10肉0H岗z；轻灵敏删度高捕。既屑能测幕量非仪常微恼弱的能振动销，也放能测族量比寨较强倡的振抱动主要进技术脾指标盛有：1）彩量洒程2）粮灵敏眠度，驻mV裹/(凭cm莲/s市)3）叫传感私器固心有频且率。4）茫频率色响应称。（阔幅频紫特性贝曲线绞）适调屡器：妄配接电压后放大杀器。四、裳压电笑式加锡速度劣传感览器原理四：利蝴用压螺电晶认体受标力后禽在其血表面典产生略电荷尚，外踩力去漫掉后妄，晶抚体又而重新差回到厦不带志电的元状态副（压盒电效鼓应）享，且县电荷妈与外柱力成旋正比耍。通劳过测灶量压脾电晶白体的饿电荷纪量来狠得到欺所测瘦振动绕的加姑速度坦。特点序：稳找定性讲高、晨频率练范围李宽，贼耐冲鸟击及佣能在简很宽腊的温属度范圆围内隔使用采，但合灵敏喜度较涛低。技术红指标免：1）塑灵敏纵度。事有电狼荷灵赵敏度扣Sq盗（p漆C／清g）弱和电组压灵否敏超度邮Sv沙(m豪V／吼g）返。传朱感器科几何轻尺寸唤愈大嫂，灵说敏度脏愈高肾，但爱使用屈频率驳愈窄漆。反院之：奸灵敏疮度也单减小拿，使计用频在率范乔围加踢宽。2）肿安装龄谐振茎频率轿f画。3）铺频率雀响应蹲。取摄传感刚器安抚装谐件振频界率的卵1/在5～茄1/稼10葡为测域量频务率的茎上限段，测泛量频席率的砖下限察可以政很低扔。4）图幅值衰范围煤。适调寨器：胃有电宁压放别大器冶和电余荷放屡大器滚两种胀。五、糊记录淘仪一）疯数据减采集怨仪A/甚D转悲换器桥：核陆心是纸多路僚电子遣开关乒、A步/D体转换鸡器和克采样带保持慰器。揉（模犯拟量输转换斩为数得字量梁）计算糊机：顺数据厕采集度与分瓦析软程件（点控制扬数据圣采集稀）二）悉磁带佣记录毫仪类似唤于录温音机占。4.蝇4坡动参绪数的抄测量鱼方法4.影4.形1切动念力荷解载特仁性的却测定一、播主振枣源的高探测1、碰波形色分析后：分析抽实测言振动娘波形天，按盛照不避同振幅源将居会引兄起规仅律不何同的历强迫该振动润这一察特点撑，可胜以间俩接判爱定振话源的喝某些母性质稻，作顽为探腹测主才振源刻的参茶考依除据。冲击来振源松：振泽动图寄形是永间隙施性的啊阻尼夜振动霉，而纱且有劝明显踢尖峰渐和衰兵减的量特点菌，类希似于为有阻浸尼自庄由衰她减振忠动。转速赢恒定细的机置器设投备振孙源：祥具有慨周期吨性的似振动船，波篮形具湾有接故近正怨弦规克律。随机振动波形拍振：当两个频率接近的简谐振源共同作用时，将会引起拍振三个简谐振源引起的复杂的合成振动波形两个频率相差两倍的简谐振源引起的合成振动图形2、概频率淋分析：根乔据结萌构强但迫振拣动的零频率筑和作除用力扬的频切率相鱼同的颤原则求来确毫定主暴振源泥。对饺于简铲谐振恩动可兼以直咱接在引振动吓记录扫图上哈量出军振动雷频率鸽，而逮对于敏复杂顶的合晓成振全动则华需将初振动猜信号吓进行饱频谱萍分析须（F佩FT详变换苗），方幅值否最大六的频遭率就在是主厦振源榴的频皱率。二、摆动力酿荷载域特性轰测定直接南测定轿法：瞧通过封测定喂动荷情载本项身参弄数以孤确定反其特佩性。间接忆测定篇法：1）把机提器安渗装在劣钢梁昌上，南机器瓶静止碑，测跃定结敞构的两静力淋和动具力特摸性；2）开动挤机器称，测桶定结慰构的市振动轰情况爷，确喜定机吊器振时动造译成的丹振动摄荷载亿。3）振源赠可以餐移动订，适喷用于换产品沙检验朵和标犁定。比较描测定缠法：1）先开窃振动筒源，舟测量出结构威振动身波形双；2）停机挤后，披开启镇激振拢设备睬，逐唱渐调宝整激楼振设汽备的妄频率助和激意振力蜡等参箩数，铸使结斑构的唤振动睡波形栋与振观动源窄产生粪的一蚊样。絮此时电激振贝设备材的参期数即厘为振我动源聪的动杀荷载挣参数胳。4.他4.夫2苹结坛构动壳力特鄙性试妈验一、尿结构洪动力淡特性包括兵结构替的自观振频努率、阿阻尼蛮比、争振型恢等基扰本参伴数，肠也称叔振动富模态甚参数映。这婶些特另性由稀结构肝本身比（质继量、星刚度竞等）郑决定引，与谢外荷片载无亚关。二、兆测定混方法自由输振动族法、哭共振冶动法茧、脉确动法1．帖自由损振动碌法自振携频率食和阻虑力比摇：采觉用初测位移筹或初弓速度塌的突赤卸荷什载或殃突加材荷载押的方运法，阔使结或构产廊生自访由振脉动，向并记痒录振篇动波尝形。盲自振旋频率懂和阻链力比维确定秀方法斧如下进。振型围测量振型英：指角在结槽构某酱一固趣有频宣率下生，结贤构振瓦动形蒸式即肤变形剂曲线劲，称宝为频含率的讯振型搅。方法抚：可墓在结准构的层不同妖楼层逐布置居传感戚器，少根据启传感骗器测游得的秃同一束时刻漏不同须楼层麦的振迈动幅沫值来谜确定仓结构赞的振场型。摇（用球自由因振动眼法测芳量结庭构的腰自振酱特性收时，殖一般伶只能就测得则结构寇的一赵阶振册型。仙）2、顿共振定动法它利弊用专刚门的霸起振井机（遮一般煮采用家离心口激振永器）恐对结租构施猪加周元期性狭的简殿谐振学动，见使结哈构产扁生强侮迫振待动，鹅记录凭各个葡激振谱频率汉及对奴应振晃幅，烫并作怜A~原ω。存利用同干扰刑力频柄率与夹结构塔自振叫频率避相等杰时，鼠结构骨产生骨共振惰的原鸣则确他定结慕构自萍振频平率，勒利用陷半功叼率法矩确定呀结构蚀的阻出尼比欺。振抗型测帅量与善自由家振动以相同到。yYm0.707Ym3、亦脉动葡法脉动贸法：春利用识被测谜建筑湿物周欣围不爪规则禽微弱患干扰膀（如新地面寨脉动葛、空旱气流惯动等肆）所笑产生岗的微绘弱振低动作锡为激耐励来厚测定驳建筑柄物自漫振特娇性的界一种衫方法讽。该岂法的忧最大具优点伙是不焰用专句门的钟激振扬设备聋。简陈便易便行，姿且不鸦受结隙构物择大小缴的限歼制。测试蔬方法月：采亏用测谎振传张感器您测量津地面乌自由固场的大脉动就源和尽结构聪的脉桶动反炕应，集将获熔得的照波形偷进行贤频谱射分析活（F概FT被,时深域向期频率滑的转听换）勿，可祝得到低结构占的动目力特党性。频率刮确定恳：频夹谱曲呀线上唤的每恰一个遭峰值衬对应定于结闹构的短一阶趣固有泉频率援。阻力序确定弃：利悼用半只功率夜法可择得到肾结构努的各浅阶阻床尼比陪。4.嘱4.虚3抚结躬构动糕力反控应的烦测定1、芳动态攻参数：在坑测试降部位移布置方适当骆的测愿振仪苦器，侵测定胖结构体的振守幅、洲频率南（频快率谱赠）、控速度浮、加胶速度自、动很应变铜等。2、航振动吊形态费：结构快在动止荷载瞎作用右下的戚振动浅变形痕图，芽测量筑和分故析方教法与杠振型仆确定绩方法咱相同指。梁注意趋振动运变形咱与振梦型的陕区别影：振型榆：结业构按辛其固半有频性率振棋动时惩，由锡惯性煎力引游起的拐弹性毯变形户曲线鸟，属衬于结鲁构的短动力趋特性慨，与完外荷斑载无茫关。振动断变形习图：治结构汗在特祖定荷氏载下席的变猾形曲世线，俘一般宇不与毛结构拉的某刷一振塌型一局致。根据婶振动际变形垦图，鼠可以许确定词结构掉的动眠内力坐。3、欺结构剧动力聚系数拿的承受致移动签荷载键的结忙构如释吊车罩梁、肯桥梁这等，岩常常据需要症确定抱它的园动力补系数夕，以滩判定毒结构群的工算作情虏况。探动挠瞎度与呈静挠准度的棋比值巡寿称为而动力说系数凤：无轨置时测座定方开法：皇先使维移动醋荷载列以最惠慢的刺速度徐驶过渠结构反，测秤得结曾构的伸最大丙挠度哪，然豆后使贵移动敞荷载穿按某昌种速女度驶欧过，乒测得肝各种析速度爪驶过绳结构刑的最校大挠旁度，袄从中份找出种最大否挠度栋的某功一速值度。慢速驶过快速驶过无轨牢时测营量方糊法无轨挖的：皆由于母两次取行驶酱的线妙路不扣可能叠完全渡一样倾，故材将移狗动荷也载一世次性恒高速镰通过缎，取艘振动港挠度戒曲线屠之中供线的炎最大湿值Y营j，重振动灶挠度素曲线紧最大园值Y扎d4.链4.棚4雹结牛构疲薪劳试坚验一、泻疲劳董试验察的目债的和昨内容1、悦疲劳躁现象角：结亡构在栋等幅飞等频理或变蜜幅变桂频的多次多重复和反框复荷良载作漂用下那，由贩于结浆构某夹一部款分局部企损伤长的递对增和夸积累，导招致裂纹呈的形挡成并循逐步虚扩展汉，材庄料的邻极限佩强度邻降低，以津致结摇构在奖低于支相同象静力辆荷载俊作用业情况仔下被脑破坏厌，这膨就是领结构抢或材怕料的牙疲劳峡现象泄。如衔工业框厂房浴中的兵吊车疲梁。2、辛疲劳抢试验塞目的暑：研筝究结勤构的腐结构变性能毫及其朝变化碧规律浩，确耳定疲敲劳极捞限（挡疲劳茅破坏酬时的匀强度筝值）率和疲语劳寿薪命（狂荷载剖重复却作用销的次伏数）涂。3、蛇疲劳鼻试验滴分类蛋：等幅窄等频雀疲劳、变妥幅变采频疲欠劳和买随机压疲劳续。4、旬疲劳价试验辈内容拼：生产么性疲星劳试疑验：帮结构衣构件授疲劳诞抗裂经性能短、裂逆缝宽怕度及连发展奇情况队、结特构构谱件最盖大挠句度及壳变化估幅度逮和疲戏劳极怖限强逐度等尼。中仍级：疫2E尺6，叹重级召4E饺6。研究趣性疲头劳试渔验：1）勺测定袖结构发构件衔的开秋裂荷佣载。2）翅量测栽裂缝饭宽度猪、间尝距、赏分布烦形态用及随战荷载劝重复逃次数株的变巧化情巴况。3）翻量测元结构鸦构件傍挠度绩及其窗变化蔬规律伐。4）慌测定甘破坏砖荷载艳、疲差劳寿耻命（病荷载昌重复估作用锈次数恼）及债破坏悦特征钢。必逐要时弊，试弊验前牌尚需什作钢部筋和剑混凝艳土材滩料的树疲劳扬试验钞。二、版疲劳醋试验秤加载舅设计1、勤荷载嗽大小捎取值荷载应上限幕值：墙按试既件在循荷载遗标准郊值的艇最不雄利组仰合产添生的枣效应熊值计寄算而援得的苍。荷载立下限落值：肺根据黎疲劳沈试验参机性嘉能而摘定，孟但不辨应小很于液宾压脉矿动加准载器税最大半动荷里载的却3％档。计算津荷载泳值时截，应巡寿考虑劳构件悉和加溉载器真运动巾部件固的惯毕性力限影响触。2、托荷载谦频率捐选择试验悟荷载馅频率清一般衬不大熊于拔1闲0H关Z，冤并位化于试樱件和载加载努装置抓自振拉频率忍的8毒0％汇~1降30佣％之外。（谢避免片共振欲、减课小动成力效核应）3、榆试验兵加载勉程序等幅粮疲劳展试验菜加载神程序存包括辟静载栗试验研、疲沸劳试易验和嘴破坏看试验心三个装阶段韵。l）纳静载言试验暑阶段在预坑载后理，先陕作两约次或机三次显加载