土木工程測(cè)試結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)PPT課件

1、17-1 概述結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)通過(guò)試驗(yàn)的方法對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行分析研究動(dòng)荷載隨時(shí)間發(fā)生變化結(jié)構(gòu)反應(yīng)與本身動(dòng)力特性相關(guān)動(dòng)載檢測(cè)的應(yīng)用：（1）結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)價(jià)（2）工業(yè)廠房機(jī)械設(shè)備振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或精密儀表和機(jī)床的影響（3）高層結(jié)構(gòu)、高聳構(gòu)筑物、道路橋梁、堤壩的風(fēng)水荷載或移動(dòng)荷載（4）建筑物抗爆第1頁(yè)/共37頁(yè)2 慣性力加載慣性力加載 沖擊力：重物、鋼絲、彈簧沖擊力：重物、鋼絲、彈簧 離心力：偏心質(zhì)量起振離心力：偏心質(zhì)量起振 直線位移慣性力直線位移慣性力 電磁加載電磁加載：電磁試驗(yàn)臺(tái)電磁試驗(yàn)臺(tái) 疲勞試驗(yàn)機(jī)疲勞試驗(yàn)機(jī)：多次反復(fù)加載多次反復(fù)加載 液壓振動(dòng)臺(tái)液壓振動(dòng)臺(tái)：地震力地震力 運(yùn)動(dòng)荷載運(yùn)動(dòng)荷載：汽車、拖拉

2、機(jī)、吊車汽車、拖拉機(jī)、吊車7-2 動(dòng)載試驗(yàn)的加載方法與設(shè)備第2頁(yè)/共37頁(yè)37-3 動(dòng)載試驗(yàn)的加載方法與設(shè)備1 慣性力加載（1）沖擊力加載第3頁(yè)/共37頁(yè)47-3 動(dòng)載試驗(yàn)的加載方法與設(shè)備1 慣性力加載（2）離心力加載第4頁(yè)/共37頁(yè)57-3 動(dòng)載試驗(yàn)的加載方法與設(shè)備1 慣性力加載（3）其它加載第5頁(yè)/共37頁(yè)67-3 動(dòng)載試驗(yàn)的加載方法與設(shè)備2 電磁加載第6頁(yè)/共37頁(yè)77-3 動(dòng)載試驗(yàn)的加載方法與設(shè)備3 液壓加載第7頁(yè)/共37頁(yè)8一、一、自由振動(dòng)法自由振動(dòng)法： 瞬態(tài)激振后的阻尼振蕩瞬態(tài)激振后的阻尼振蕩垂直突加、減荷載水平突加荷載二、二、共振法共振法： 起振機(jī)變頻激振起振機(jī)變頻激振三、三、脈

3、動(dòng)法脈動(dòng)法： 環(huán)境隨機(jī)脈動(dòng)環(huán)境隨機(jī)脈動(dòng)7-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定第8頁(yè)/共37頁(yè)97-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定1 自由振動(dòng)法瞬態(tài)激振后的阻尼振蕩垂直突加、減荷載水平突加荷載反沖激振器橋梁加載周期和阻尼比21rTnneaa1ln2nnaarTknnaakln2平均2平均cD第9頁(yè)/共37頁(yè)107-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定2 共振法共振產(chǎn)生條件：干擾頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率相同使用起振機(jī)變頻激振第10頁(yè)/共37頁(yè)117-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定2 共振法阻尼系數(shù)212221cD臨界阻尼比第11頁(yè)/共37頁(yè)127-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定2 共振法建筑物的振形圖對(duì)應(yīng)于某一頻率（共振時(shí)）第12頁(yè)

4、/共37頁(yè)137-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定2 共振法建筑物的振形圖對(duì)應(yīng)于某一頻率第13頁(yè)/共37頁(yè)147-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定3 脈動(dòng)法環(huán)境脈動(dòng)：環(huán)境隨機(jī)激振而引起的結(jié)構(gòu)物微小振動(dòng)地面脈動(dòng)氣流脈動(dòng)基本原理固有頻率的諧量是脈動(dòng)圖中最主要的成分振幅大、波形光滑處的頻率總是多次重復(fù)出現(xiàn)主諧量法：頻譜分析法：諧量分析法、相關(guān)或功率譜分析法特點(diǎn)不需要激振設(shè)備，不受結(jié)構(gòu)形式和大小的限制信號(hào)弱，有好的記錄設(shè)備第14頁(yè)/共37頁(yè)157-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定3 脈動(dòng)法（1）主諧量法如果建筑物各部位在同一頻率處的相位和振幅符合振型規(guī)律，此頻率就可確定為建筑物的固有頻率，通?；l出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最多。第15

5、頁(yè)/共37頁(yè)167-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定3 脈動(dòng)法（1）主諧量法第16頁(yè)/共37頁(yè)177-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定3 脈動(dòng)法（2）諧量分析法第17頁(yè)/共37頁(yè)187-5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的試驗(yàn)測(cè)定3 脈動(dòng)法（3）功率譜分析法脈動(dòng)的振幅譜的幅值確定建筑物的固有頻率和振形。記錄信號(hào)傅立葉分析第18頁(yè)/共37頁(yè)197-6 結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)定1 結(jié)構(gòu)特定部位動(dòng)參數(shù)的測(cè)定測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)結(jié)構(gòu)情況和試驗(yàn)?zāi)康牟贾?。分布系?shù)特定結(jié)構(gòu)、特定振源情況下的振動(dòng)分布情況第19頁(yè)/共37頁(yè)207-6 結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)定2 結(jié)構(gòu)的振動(dòng)變位圖測(cè)定振型：結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性，與外荷載無(wú)關(guān)。變位圖：結(jié)構(gòu)在特定荷載作用下的

6、變形曲線。第20頁(yè)/共37頁(yè)217-6 結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)定3 結(jié)構(gòu)動(dòng)力系數(shù)的試驗(yàn)測(cè)定動(dòng)力系數(shù)：動(dòng)撓度與靜撓度的比值第21頁(yè)/共37頁(yè)227-6 結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)定4 強(qiáng)震觀測(cè)地震發(fā)生時(shí)，用儀器觀測(cè)地面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程和建筑物的動(dòng)力反應(yīng)。結(jié)構(gòu)物在強(qiáng)震過(guò)程中的振動(dòng)記錄自動(dòng)觸發(fā)啟動(dòng)，蓄電池供電美國(guó)洛衫磯：凡新建六層以上、面積超過(guò)6000平方英尺的建筑物必須設(shè)置強(qiáng)震儀3臺(tái)。楊浦大橋和金茂大廈等十幾個(gè)重要建筑物上都已安裝了強(qiáng)震記錄網(wǎng)絡(luò)，僅金茂就安裝了6臺(tái)。上海計(jì)劃在十五期間普及更多，通過(guò)立法，達(dá)到10層以上的建筑都安裝。浦東機(jī)場(chǎng)深井群安放了深度不同的地震記錄儀，最淺30米，最深300多米，其他還有50

7、米、100多米及200多米，這些井群可以測(cè)量到不同深度接收到的不同地震波的強(qiáng)度。第22頁(yè)/共37頁(yè)237-6 結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)定4 強(qiáng)震觀測(cè)中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法要求在重大工程和生命線工程等建筑上安裝強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)設(shè)備。一是可以檢查建筑物的“健康狀況”，根據(jù)震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握地震或其他強(qiáng)震動(dòng)發(fā)生時(shí)建筑物受損情況；二是從記錄數(shù)據(jù)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而不斷改進(jìn)建筑物抗震設(shè)防設(shè)計(jì)；三是通過(guò)已形成的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)，可以快速掌握地震裂度分布情況，為地震預(yù)測(cè)與震后救災(zāi)提供可靠的信息。第23頁(yè)/共37頁(yè)247-6 結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)定4 強(qiáng)震觀測(cè)地震安全性評(píng)價(jià)管理?xiàng)l例國(guó)務(wù)院令四大工程須進(jìn)行地震安全性

8、評(píng)價(jià)。l國(guó)家重大建設(shè)工程l受地震破壞后可能引發(fā)水災(zāi)、火災(zāi)、爆炸、劇毒或者強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)大量泄露或者其他嚴(yán)重次生災(zāi)害的建設(shè)工程，包括水庫(kù)大壩、堤防和貯油、貯氣、貯存易燃易爆、劇毒或者強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)的設(shè)施以及其他可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建設(shè)工程l受地震破壞后可能引發(fā)放射性污染的核電站和核設(shè)施建設(shè)工程l省、區(qū)、市認(rèn)為對(duì)本區(qū)域有重大價(jià)值或者有重大影響第24頁(yè)/共37頁(yè)257-7 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)概念結(jié)構(gòu)物或構(gòu)件在重復(fù)荷載作用下，達(dá)到破壞時(shí)的應(yīng)力比其靜力強(qiáng)度要低得多。這種現(xiàn)象稱為疲勞試驗(yàn)?zāi)康牧私庵貜?fù)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的性能及其變化規(guī)律第25頁(yè)/共37頁(yè)267-7 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)1 疲勞試驗(yàn)項(xiàng)目（1）鑒定性試驗(yàn)抗裂性及

9、開(kāi)裂荷載裂縫寬度及發(fā)展最大撓度及其變化幅度疲勞強(qiáng)度（2）科研性疲勞試驗(yàn)各階段截面應(yīng)力分布狀況，中和軸變化規(guī)律抗裂性及開(kāi)裂荷載裂縫寬度、長(zhǎng)度、間距及發(fā)展最大撓度及其變化規(guī)律疲勞強(qiáng)度的確定破壞特征分析第26頁(yè)/共37頁(yè)277-7 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)2 疲勞試驗(yàn)荷載（1）疲勞試驗(yàn)荷載取值上限荷載：最大標(biāo)準(zhǔn)荷載最不利組合下產(chǎn)生的彎距計(jì)算下限荷載：根據(jù)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的要求而定。國(guó)內(nèi)多采用等幅勻速荷載：第27頁(yè)/共37頁(yè)287-7 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)2 疲勞試驗(yàn)荷載（2）疲勞試驗(yàn)荷載速度荷載頻率影響材料的塑性變形和徐變，頻率過(guò)高對(duì)試驗(yàn)設(shè)施有影響使構(gòu)件在試驗(yàn)時(shí)實(shí)際工作時(shí)受力狀態(tài)一致，構(gòu)件與荷載架不能發(fā)生共振荷載頻率與結(jié)構(gòu)

10、固有頻率之比應(yīng)滿足：3.15.0或第28頁(yè)/共37頁(yè)297-7 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)2 疲勞試驗(yàn)荷載（3）疲勞試驗(yàn)的控制次數(shù)經(jīng)受所確定控制次數(shù)的疲勞荷載作用后，其抗裂性、剛度、強(qiáng)度等必須滿足規(guī)范中有關(guān)規(guī)定。中級(jí)工作制吊車梁：2106 次重級(jí)工作制吊車梁：4106 次第29頁(yè)/共37頁(yè)307-7 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)3 疲勞試驗(yàn)步驟（1）預(yù)加靜載消除松動(dòng)及接觸不良，壓牢構(gòu)件，使測(cè)試儀表工作正常（2）正式疲勞試驗(yàn)第30頁(yè)/共37頁(yè)317-7 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)3 疲勞試驗(yàn)步驟（2）正式疲勞試驗(yàn)第31頁(yè)/共37頁(yè)327-7 結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)4 疲勞試件的安裝（1）嚴(yán)格對(duì)中（2）保持平穩(wěn)（3）安全防護(hù)現(xiàn)行的疲勞試驗(yàn)都是采取試驗(yàn)室常幅疲勞試驗(yàn)方法。即疲勞強(qiáng)度是以一定的最小值和最大位重復(fù)荷載試驗(yàn)結(jié)果而確定。實(shí)際上結(jié)構(gòu)構(gòu)件是任意變化的重復(fù)荷載作用，隨著測(cè)試技術(shù)的不斷進(jìn)步，常幅疲勞試驗(yàn)將為符合實(shí)際情況的變幅疲勞試驗(yàn)所代替。第32頁(yè)/共37頁(yè)337-8 動(dòng)力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理1 振動(dòng)示波波圖的分析（1）簡(jiǎn)單波形的分析 第33頁(yè)/共37頁(yè)34時(shí)間幅值頻率時(shí)域分析頻域分析7-8 動(dòng)力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理2 諧量分析：復(fù)雜周期振動(dòng)的