鋼框架動力特性實驗報告

1、鋼框架模型動力特性試驗報告前言建筑結(jié)構(gòu)動力特性是反映結(jié)構(gòu)本身所固有的動力性能。它的主要內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的自振頻率、振型、阻尼系數(shù)等一些基本參數(shù)。這些特性是由結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量分布、結(jié)構(gòu)剛度、材料性質(zhì)、構(gòu)造連接等因素決定，但與外荷載無關(guān)，它反應(yīng)了體系的固有特性。建筑結(jié)構(gòu)動力特性試驗量測結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)是結(jié)構(gòu)動力試驗的基本內(nèi)容，在研究建筑結(jié)構(gòu)的抗震、抗風(fēng)或抵御其他動力荷載的性能時，都必須要進行結(jié)構(gòu)動力特性試驗，了解結(jié)構(gòu)的自振特性。由于它可在小振幅試驗下求得，不會使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的振動和損壞，因此經(jīng)常在現(xiàn)場進行結(jié)構(gòu)的實物試驗，主要分為人工激振法和環(huán)境隨機振動法。建筑物周圍大地環(huán)境引起結(jié)構(gòu)物振動的地脈動和風(fēng)稱為

2、環(huán)境激振。自然地脈動是由海浪、風(fēng)、交通、機械等自然和人為活動所引起，其位移幅值從千分之幾微米到幾微米，頻帶從0.1Hz 到100Hz。通過拾振器測得建筑物脈動反應(yīng)后，對隨機的脈動信號進行數(shù)據(jù)處理，可得到結(jié)構(gòu)的基頻率或較低幾階的頻率?？赏茖?dǎo)出脈動的功率譜峰值，這些峰值對應(yīng)的頻率即為結(jié)構(gòu)的自振頻率，而根據(jù)計算軟件的精度不同，能得出較為精確的前幾階頻率的數(shù)目也不同。一試驗?zāi)康?. 了解脈動測試法的基本原理，掌握用脈動法測試結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼及振型的方法；2. 熟悉常用結(jié)構(gòu)動力特性測試系統(tǒng)的組成和相關(guān)儀器的使用方法；3. 熟悉建（構(gòu)）筑物動力特性現(xiàn)場實測的基本方法和一些應(yīng)該注意的問題； 二工程概況1

3、. 結(jié)構(gòu)如圖1所示：試驗結(jié)構(gòu)為一個7層多自由度鋼框架，平面內(nèi)框架尺寸為400mm×105mm，模型板超出框架柱范圍，尺寸為500mm×300mm×15mm，每層層高為300mm，每層各有八塊95mm×90mm×10mm的鐵質(zhì)的配重。結(jié)構(gòu)材料為Q235鋼，節(jié)點處通過連接板和螺栓進行連接，4個框架柱為8的Q235鋼。圖1模型簡圖三測試儀器2. 儀器（1）加速度傳感器本次試驗使用丹麥產(chǎn)4381V型加速度傳感器。（2）加速度傳感器的布置將本次試驗使用的（8個）加速度傳感器，分別布置在各層樓板中心，測量其加速度響應(yīng)。測點布置圖如圖2所示。圖2測點布置圖四

4、試驗測試方案4.1 測點布置測點選擇在每一層的中間位置，以減少外界對信號的干擾，使測量結(jié)果精度達到要求。我們第一組是主要測長軸方向的自振頻率。4.2 測試準備(1) 設(shè)備連接將信號線一端與傳感器連接，另一端分別和數(shù)據(jù)采集儀上1、2、3、4、5、6、7、8 通道連接。用USB 連接線將數(shù)據(jù)采集儀和便攜式電腦連接。打開SVSA 軟件，未出現(xiàn)連接錯誤的提示，證明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已連接完畢。如下圖所示： (2) 儀器測試在傳感器連接后，對數(shù)據(jù)進行預(yù)采集測試，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)偏離中心軸線較多，離散性大，則說明傳感器通電時間過短，還未完全達到其穩(wěn)定狀態(tài)。此時結(jié)束采集，并重新存儲數(shù)據(jù)，待傳感器穩(wěn)定后正式采集記錄試驗數(shù)

5、據(jù)。4.3 采樣參數(shù)設(shè)置（1）采樣頻率實際中我們?nèi)×?5Hz作為采樣頻率。（2）采樣時間采樣10分鐘左右。（3）采樣方式采樣方式選用連續(xù)采集。動態(tài)采集方法與定點采集相比，采集過程中可以隨時監(jiān)測看到目前信號狀態(tài)信息，防止意外的發(fā)生。五試驗結(jié)果5.1 采樣頻率25Hz 下，量測結(jié)構(gòu)各層在X方向的波形，并利用SVSA軟件的相關(guān)功能分析其自振頻率和阻尼比。所得的經(jīng)過整理并用MATLAB編程得到的自功率譜如圖。鋼框架的一階自振頻率是4.28HZ，二階頻率為13.65HZ，三階頻率為22.71HZ，找到對應(yīng)點的數(shù)值。 圖3（底層地面的自功率譜圖） 圖4（第一層的自功率譜圖） 圖5（第二層的自功率譜圖） 圖

6、6（第三層的自功率譜圖） 圖7（第四層的自功率譜） 圖8（第五層的自功率譜） 圖9（第六層的自功率譜） 圖10（第七層的自功率譜）5.2由實驗得到的互功率譜如圖所示： 圖11（底層地面的互功率譜圖） 圖12（第一層的互功率譜圖） 圖13（第二層的互功率譜圖） 圖14（第三層的互功率譜圖） 圖15（第四層的互功率譜） 圖16（第五層的自功率譜）圖17（第六層的自功率譜）六、數(shù)據(jù)處理6.1 自振頻率的確定根據(jù)脈動法理論，結(jié)構(gòu)自振頻率的識別可根據(jù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的自功率譜得到。當各測點的自功率譜峰值位于同一頻率處時，該處的頻率即為結(jié)構(gòu)的自振頻率。由前面得到的自功率譜圖形可知：鋼框架的一階自振頻率是4.28H

7、Z，二階頻率為13.65HZ，三階頻率為22.71HZ。6.2 振型的識別與近似 根據(jù)各樓層互譜幅值進行振型擬合，可得到鋼框架前三階的振型如表1所示： 樓層 第一階f=4.28HZ 第二階f=13.65HZ 第三階f=22.71HZ振型7F11-0.9256F0.9810.809-0.0205F0.1860.0100.8884F0.161-0.29613F0.127-0.5010.08272F0.089-0.513-0.9131F000 表一：前三階的振型七、 實測結(jié)果與理論計算的分析比較 將實測結(jié)果與SAP2000計算得到的結(jié)果進行了固定周期的比較，結(jié)果如表二所示：固有周期(秒)實測計算方向

8、階次X1階0.23360.270480.862階0.073260.086830.843階0.04400.048810.90表二 實測周期與計算周期的對比 由實測和計算結(jié)果相比較發(fā)現(xiàn)鋼框架結(jié)構(gòu)的計算周期較實測周期稍微偏大，導(dǎo)致這樣情況的因素可能是SAP2000模擬的底部約束條件為固結(jié)，而實際結(jié)構(gòu)底部不是完全固結(jié)，另外，因為所建立的模型示等效的與實際模型之間存在一定的誤差。八、結(jié)論與展望8.1 試驗結(jié)論1. 采用SVSA 振動信號采集分析系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)進行動力特性檢測，使用方便，精度較高，可以很好的測試出結(jié)構(gòu)物的動力特性參數(shù)。2. 結(jié)構(gòu)形式越合理，其兩個方向的結(jié)構(gòu)動力特性越接近，若結(jié)構(gòu)兩個方向形式不同，則其自振頻率等也會有較大差別。3. 在測試前應(yīng)預(yù)估結(jié)構(gòu)的自振頻率并選定采樣頻率，實測時選取采樣頻率與預(yù)估頻率相接近，可以較好的保證測量精度。4.由于試驗在白天進行，受到的外界干擾