3 结构动载试验.ppt

1、第三章工程结构动力试验，3.1概论一，结构动力负荷的类型1 )地震作用：进行地震的观测和预报，进行建筑结构的抗震试验研究。 2 )设备振动：如锤、电动葫芦起重机制动力、多层工业厂房机械等。 3 )风振：风在高层和高喵了个咪的建筑物中有控制作用，影响舒适4 )环境振动：对精密机床、IC集成电路制造等设备有不良影响。 为此，需要测试地脉动，根据振动能的分布决定防振、防振或消能措施。 5 )爆炸振动：研究建筑物抗爆问题，研究核爆炸瞬时冲击载荷如何抵抗对结构的影响。 负荷方法：惯性力、电磁振荡、疲劳机和液压振动台、爆炸冲击测定振动源特性：测定振动的大小、方向、频率及其规律。 测量结构的动力特性：结构的

2、自激振荡频率、衰减比、振动型。 测量结构的动力反应：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、三. 2动载试验负荷法一、惯性力负荷法、利用物体质量运动时产生的惯性力对结构施加动力负荷。 根据产生惯性力的方法，有冲击力负荷和离心力负荷2种方法。 1 .冲击力负载的特点：作用时间极短，在其作用下结构产生自由振荡，适于进行结构动力特性试验。 一般的方法有突然地加载法和突然地卸载法。 (1)初期变位负重法(拉伸拉力法)是在结构上拉伸合十礼绳索，使结构发生初期强制变位，然后释放突然地，使结构自由振荡。 此方法的优点是结构中不存在自振动载荷，且不受附加重量影响，但仅适用于刚性低

3、的结构。 还要注意如何拉伸和释放结构，使其只在一个平面内振动。 2 )初速负荷法(突荷法)、方法：利用摆或落下重量(着地点铺设1OO2OO mm砂垫层，小于结构自重的0.1% )，作用力的总持续时间必须小于结构的自激振荡周期。 2 .离心力负荷、离心力负荷，根据旋转质量产生的离心力，对构造体施加简并性共振负荷。 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、电磁负载法、一、电磁式激振器根据电磁效应原理，在磁场中的线圈通过简并性变化的交变电流时，喷射器大头针在结构上作用的激振力也以相同的规则变化，激振力与通过线圈的电流成正比。 1-外壳2a、2b-弹簧3-可

4、动环4-铁元素芯5-励磁线圈5-喷射器大头针，优点：激励频率范围宽(一般200Hz以内，个别1000HZ以内)，推力缺点：激励力不大，位移小。 仅适用于小型结构及模型试验。 2 .电磁振动台：由信号发生器、振动自动控制器、功率放大器、电磁激励器和台面组成。 电磁振动台、三、结构疲劳试验机主要用于对各种主要构件(例如南朝梁、机架等)进行单向式载荷的压力和弯曲疲劳试验。 在一定范围内产生周期性的单向式脉动负荷，实现正弦波的动态疲劳试验。 疲劳试验机由操纵系统(脉动负载的上下限、脉动频率和疲劳次数的设定和控制)、液压蓄能器(产生正弦脉动油压)、液压蓄能器(施加脉动负载) 3部分构成。 现在，国内只能

5、进行单向式(拉伸或压缩)疲劳应力试验，如果带有累加器系统，则也能够进行拉伸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、液压振动台负载、地震模拟振动台是再现各种地震波来动力试验结构的先进试验设备，其特点是具有自动控制和数据采集与处理系统，并采用计算机和闭环伺服液压控制技术，与先进的振动测量仪配合， 在实验室内进行结构地震模拟试验，地震反应结构地震模拟振动台由桌面、液压驱动系统、操纵系统、测试和分析系统组成。 地震模拟振动台组成、三方地震模拟振动台、五、其他负荷方法、1、反脉冲振荡器负荷(火箭激振)适用于现场构造试验，但小冲击量的也可用于实验室。 现在使用的反脉冲振子的反弹力

6、为0.10.8 kN和18kN。 2、人工爆炸道路-人工地震是利用地面或地下烈性炸药爆炸的方法产生地面运动的瞬时动力效应，模拟某地震烈度天然地震对结构的影响，称为“人工地震”。 烈性炸药量和距爆心的距离：是根据需要模拟的地震烈度，考虑实际场所条件的特征，从要求的地面质点运动的最大速度，确定烈性炸药量和从爆心到试验结构的距离。 一般来说，要使人工爆炸接近天然地震波，需要烈性炸药量多，受试者远离爆炸中心。 3、利用人的振动载荷，进行人的结构上的规则活动，即人的身体与结构的自振周期同步的前后运动，使其产生一盏茶的惯性力，施加结构的振动载荷。 适用于自激振荡频率较低的大型结构。 例如，用这个方法在15

7、层的钢筋混凝土建筑中取得过振动记录。 4、环境随机激振、环境随机振动：由于受潮汐、风波、气压变动和地球内部活动等自然原因及交通运输、工业生产、其他各种人为活动等的影响，大地在无地震时也发生微动(地面脉动)，称为环境随机振动。 利用这个，不受结构样式和大小的限制，可以测量建筑物的动力特性。 脉动反应：受地面脉动的影响，建筑物也出现同样的微幅振动，称为建筑物的脉动反应。 可以通过量测仪器测量脉动反应的波形，波形中接近“拍”振动的区间的振动频率是结构的自激振荡频率。 多层房屋脉动反应记录曲线，单层工业现场脉动反应记录曲线，3.3振动量测仪器，一、振动传感器原理质量弹簧衰减系统。 将其固定在振动体上，

8、通过测量惯性质量相对于传感器壳体的运动得到振动体的振动。 二、振幅特性和相位特性、1位移传感器：/n1(5)的情况下为y0/x01、180。 2 )加速度传感器、振动测量时，根据振动频率和振动检测传感器的自激振荡频率的关系，选择适当的传感器。 测量位移：/n尽可能大，最好为510。 测量加速度：/n尽量减小，设定为0.10.2。加速度传感器的振幅特性曲线、三磁电式速度传感器，根据电磁效应的原理，振动体振动时，在线圈和吸铁石钢之间产生相对运动，根据电磁效应的法则，感生电动势e的大小E=BLnv即e与v成比例。 磁电式速度传感器，特别是次低频性能好，0.5-100Hz灵敏度高。 能够测量非常微弱的

9、振动，也能够测量比较强的振动的主要技术指标是：1)行程2 )灵敏度，mV/(cm/s) 3)传感器固有频率。 4 )频率响应。 (振幅特性曲线)适配器：连接电压放大器。 四、压电加速度传感器，原理：压电晶体受力时在其表面产生电荷，外力消除后，晶体再次恢复不带电状态(逆压电效应)，并且电荷与外力成正比。 测量振动的加速度通过测量压电晶体的电荷量来获得。 特点：稳定性高，频率范围宽，耐冲击及可在宽温度范围内使用，但灵敏度低。 技术指标：1)灵敏度。有电荷灵敏度Sq(pCg )和电压灵敏度Sv(mVg )。 传感器的几何尺寸越大，灵敏度越高，但使用频率越窄。 相反灵敏度也变小，使用频率范围变宽。 2

10、 )安装谐振频率f。 3 )频率响应。 也可以将传感器安装共振频率的1/51/10作为测定频率的上限，测定频率的下限低。 4 )振幅范围。 适配器：有电压放大器和电荷放大器两种。 五、记录修订，一)数据采集机A/D转换器：核心是多路电子开关、A/D转换器和采样保持器。 (将模拟计程仪量转换为数码量)补正机：数据收集分析软件(控制数据收集)2)磁带录音机与录音机相似。 3.4动态残奥仪的测量方法3.4.1动力负荷特性的测量1、主振动源的检测1、波形分析：对实测振动波形进行分析，根据不同的振动源有规律地引起不同的强制振动的特点，可以间接地判断有振动源的性质，作为检测主振动源的参考依据。 冲击振动源

11、：振动模式是间隙性的阻尼振动，并且具有明显的尖头和衰减的特征，似乎有衰减自由阻尼振动。 转速一定的机械设备振动源：有周期性的振动，波形有接近正弦的规律。 随机振动波形、节拍振动：两个频率相近的简并性谐振源协同工作时会发生节拍振动，三个简并性谐振源产生的复杂合成振动波形、两个频率相差两倍的简并性谐振源产生的合成振动模式、二、频率分析：以结构强迫振动的频率与作用力的频率相同的方式确定主振动源。 对于简并性共振动作，可以在振动记录图上直接测量振动频率，而对于复杂的合成振动则需要频谱分析(FFT变换)振动信号，振幅最大的频率为主振动源的频率。 二、动力荷载特性测定直接测定法：通过测定动载荷自身的残奥仪

12、决定其特性。 间接测量法：1)将机械安装在钢梁上，使机械静止，测定结构的静力和动力特性；2 )驱动机械，测定结构的振动情况，确定机械振动引起的振动负荷。 3 )振动源可移动，适合产品检验和标定。 比较测定法：1)先打开振动源，测定结构振动波形；2 )停止后，接通振动设备，慢慢调整振动设备的频率和振动力等残奥仪，使结构的振动波形与产生振动源的波形相同。 此时的振动设备的残奥仪表为振动源的动载荷残奥仪表。 3.4.2结构动力特性试验1、结构动力特性包括结构的自激振荡频率、衰减比、振动型等基本残奥仪，也称为振动模态残奥仪。 无论外部载荷如何，这些个的特性都由结构本身(质量、刚性等)决定。 二、测量方

13、法采用自由振荡法、共振法、脉动法1自由振荡法自由振荡频率和电阻率：初位移或初速度的阻尼载荷或阻尼载荷方法，使结构产生自由振荡，记录振动波形。 自激振荡频率和电阻比的确定方法如下。 振动型测定振动型：在有结构的固有振动频率下，指作为结构振动形式的变形曲线，称为频率的振动型。 方法：在结构不同的楼层配置传感器，可以根据传感器测得的云同步时刻不同的楼层的振动振幅确定结构的振动类型。 (用尺自由振荡测量结构体的自激振荡特性时，一般只能测量结构体的一次模式。 2、共振法采用专用振荡器(一般采用离心振荡器)对结构施加周期性的简并性谐振动，使结构产生强制振动，记录各自的振动频率和对应振幅，作为a。 当声干扰

14、力的频率等于结构的自激振荡频率时，使用结构谐振的原则来确定结构的自激振荡频率，并且使用半功率法来确定结构的衰减比。 模态测量与自由振荡相同。 3、脉动法脉动法：以被测建筑物周围不规则微弱的干扰作用(如地面脉动、空气流动等)引起的微弱振动为激励，测量建筑物自身振动特性的一种方法。 该方法的最大优点是不使用专用的激励设备。 易于执行，不受结构大小限制。测试方法：用振动传感器测量地面自由场脉动源和结构的脉动反应，对得到的波形进行频谱分析(FFT，转换为时域频率)，得到结构的动力特性。 确定频率：光谱曲线上的每一个峰对应于结构的一阶本征频率。 电阻确定：可通过半功率法得到结构各级的衰减比。 4.4.3

15、结构动力反应的测定1、动态残奥仪：在测试部位配置适当的振动器，测定结构的振幅、频率(频谱)、速度、加速度、动态应变等。 2 .振动形态：结构动载荷的振动变形图、测量和分析方法与振动型确定方法相同。 注意振动变形和振动型的不同：振动型：结构以其固有振动频率振动时，惯性力产生的弹性变形曲线是结构的动力特性，与外载荷无关。 振动变形图：构造体在特定负荷下的变形曲线与构造体的振动型不一致。 从振动变形图可以确定结构的动内力。 3 .承受结构动力系数移动载荷的结构，例如电动葫芦起重机梁、桥梁等，往往需要确定其动力系数以确定结构的工作情况。 动挠度与静挠度的比称为动力系数：无轨时的测量方法：以最慢的速度通

16、过移动负荷，测量结构的最大挠度，然后以一定的速度通过移动负荷，以各种速度测量结构的最大挠度，从中找出最大挠度的速度。 慢跑、快跑、无轨道时的测量方法，无轨道：由于两次跑的线路不完全相同，所以一次高速通过移动负荷，振动挠曲线中线的最大值Yj、振动挠曲线的最大值Yd、3.4.4结构疲劳试验、1、疲劳试验的目的和取内容1的有结构部分的局部导致裂纹的形成和阶段性的发展，材料的极限强度降低，结构低于相同的静力负荷时被破坏，这就是结构或材料的疲劳现象。 2 .疲劳试验的目的：研究结构的结构性能及其变化规律，确定疲劳极限(疲劳破坏时的强度值)和疲劳寿命(载荷反复作用的次数)。 3 .疲劳试验分类：等幅等频疲

17、劳、电喇叭变频疲劳和随机疲劳。 4 .疲劳试验内容：生产性疲劳试验：主要构件的疲劳抗裂性能、裂纹宽度及发展情况、主要构件的最大挠曲及变化幅度和疲劳极限强度等。 中级： 2E6，重级4E6。 研究性疲劳试验：1)测定主要构件的开裂负荷。 2 )测量裂纹宽度、间距、分布形态、负荷的反复次数的变化。 3 )测量主要构件的弯曲及其变化规律。 4 )测定破坏负荷、疲劳寿命(负荷反复作用次数)及破坏特性。 必要时，试验前应进行铁元素筋和混凝土材料的疲劳试验。 二、疲劳试验负荷设定修正1、负荷尺寸取值负荷上限值：试验片根据负荷基准值的最不利组合的效果值进行修正。 负荷下限值：因疲劳试验机的性能而异，但不要小

18、于液压脉动装载机的最大动载荷的3。 修正负荷值时，请考虑部件和装载机运动部件惯性力的影响。 2 .负载频率选择试验荷载频率为10HZ以下，在试验片和负载装置的自振频率的80130之外。 (避免共振、降低动力效果) 3、试验加载计程仪柱等疲劳试验加载计程仪柱包括静载荷试验、疲劳试验和击穿试验3个阶段。 l )静载荷试验阶段，在预载荷后，进行2次或3次的装载、卸载循环的静载荷试验，各级的负荷值取最大负荷的20，分5阶段装载。 在加载过程中，如果分类加载通过了Qmin，则必须增设一次类。 对于允许产生龟裂的试验片，请在接近龟裂的阶段加密法负荷等级。2 )在疲劳试验阶段对Qmin施加负荷时，调节负荷频率，施加Qmax，使负荷稳定，误差在士3以下。 对于混合土部件，在重复加载一定次数时，最好停止读取动态应变和动态挠曲，进行1个循环的静载荷试验定，测量应变、挠