結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn) 07次課40課件

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各種類(lèi)型的工程結(jié)構(gòu)，在實(shí)際使用過(guò)程中除了承受靜荷載作用外，常常還要受各種動(dòng)荷載作用。

1.地震作用、風(fēng)振

2.大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊作用

3.核爆炸等產(chǎn)生的瞬時(shí)沖擊作用

需要研究這些動(dòng)荷載對(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響，以達(dá)到在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)消除或減小動(dòng)荷載的不利影響的目的。

第二章結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)§2.1

概述2

在工程結(jié)構(gòu)中有許多振動(dòng)的課題要求人們研究解決，工程結(jié)構(gòu)中需要研究和解決的振動(dòng)問(wèn)題：抗震理論分析和試驗(yàn)研究（為地震設(shè)防和抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)，提高各類(lèi)建筑物的抗震能力。）設(shè)計(jì)和建筑工業(yè)廠房時(shí)，要考慮生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)廠房結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的影響。§2.1

概述3高層建筑與高聳構(gòu)筑物設(shè)計(jì)時(shí)，需要解決風(fēng)荷載所引起振動(dòng)問(wèn)題。生產(chǎn)工藝對(duì)廠房的特殊要求（精密機(jī)床等），另外噪聲也會(huì)使勞動(dòng)條件惡化，直接危害工人健康，必須采取防震、隔聲和消振措施。國(guó)防建設(shè)中，需要研究建筑物的抗爆問(wèn)題。

§2.1

概述4

研究振動(dòng)問(wèn)題的手段：通過(guò)理論分析和試驗(yàn)研究

結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)：

就是通過(guò)試驗(yàn)的方法對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行分析研究。它是工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)工作的一個(gè)重要組成部分。§2.1

概述5

在結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)中將引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)的動(dòng)力源稱(chēng)為振源。振源可歸納為固定振源、移動(dòng)振源和特殊振源?！?.1

概述6

振源產(chǎn)生的動(dòng)力荷載是復(fù)雜和多樣的，概括起來(lái)有三種荷載：撞擊荷載：撞擊荷載的作用時(shí)間極為短暫，一般在1/1000～1/10000秒，作用力的大小及其出現(xiàn)的時(shí)間間隔往往沒(méi)有規(guī)律。7振動(dòng)荷載：振動(dòng)荷載的作用是經(jīng)常的，具有周期性，作用力的大小和頻率按照某一固定規(guī)律變化。復(fù)雜荷載。復(fù)雜荷載有可能是撞擊荷載和振動(dòng)荷載的組合，也可能是地震、風(fēng)、爆炸等特殊荷載或其組合，是實(shí)際生活中最常見(jiàn)的動(dòng)力荷載。8

實(shí)際進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)，通常有以下幾種情況：1．測(cè)定結(jié)構(gòu)物在實(shí)際工作時(shí)的振動(dòng)水平（振幅，頻率）及性狀。動(dòng)力機(jī)械作用下廠房結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；車(chē)輛荷載作用下橋梁的振動(dòng)；地震時(shí)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)；風(fēng)荷載作用下高層建筑或高聳構(gòu)筑物的風(fēng)振；精密機(jī)器設(shè)備、精密儀表所在環(huán)境的振動(dòng)等。92．采用各種類(lèi)型的激振手段，對(duì)原型結(jié)構(gòu)或模型結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載試驗(yàn)。對(duì)各類(lèi)建筑物進(jìn)行穩(wěn)態(tài)的正弦激振或隨機(jī)的自然激振試驗(yàn)，以測(cè)定建筑物的動(dòng)力特性參數(shù)；對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，以測(cè)定結(jié)構(gòu)的抗震性能和地震破壞機(jī)理；對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行風(fēng)洞模型試驗(yàn)，以測(cè)定結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的性能；對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行抗爆或沖擊波試驗(yàn)，以測(cè)定結(jié)構(gòu)的抗爆性能。10

3．結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)。

確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件在多次重復(fù)荷載作用下的受力性能，如抗裂性能、裂縫寬度、變形和強(qiáng)度等。11

結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)的內(nèi)容：測(cè)定動(dòng)力荷載或振源的特性，即測(cè)定引起振動(dòng)的作用力的大小、作用方向、作用頻率及其規(guī)律。測(cè)定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，包括結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼比、振型。測(cè)定結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的反應(yīng)，包括位移（振幅）、速度、加速度、動(dòng)應(yīng)力、動(dòng)力系數(shù)等。結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)。結(jié)構(gòu)疲勞性能試驗(yàn)。12一、振動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)框圖振動(dòng)參量可以通過(guò)各種不同方法進(jìn)行量測(cè)，有機(jī)械式振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)、還有電測(cè)系統(tǒng)，即電測(cè)法。電測(cè)法是將振動(dòng)參量（位移、速度、加速度）轉(zhuǎn)換成電量，而后用電子儀器進(jìn)行放大，顯示或記錄。電測(cè)法靈敏度高，且便于遙控、遙測(cè)，是目前最常用方法?！?.2

動(dòng)載試驗(yàn)的量測(cè)儀器13

根據(jù)所測(cè)對(duì)象的條件和量測(cè)目的而選擇不同類(lèi)型的傳感器和量測(cè)儀表。電測(cè)法振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)可以用框圖表示。

傳感器直接檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，測(cè)量(放大）電路對(duì)從傳感器輸入的電信號(hào)根據(jù)需要進(jìn)行處理，即調(diào)制、放大、微分、積分等等，然后輸入到記錄設(shè)備和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。傳感器放大電路記錄器14二、慣性式測(cè)振傳感器力學(xué)原理

振動(dòng)具有傳遞作用，測(cè)振時(shí)很難在振動(dòng)體附近找到一個(gè)靜止點(diǎn)作為測(cè)量振動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣就需要在儀器內(nèi)部設(shè)法構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。由慣性質(zhì)量和彈性元件組成的振動(dòng)系統(tǒng)可以解決這個(gè)問(wèn)題。§2.2

動(dòng)載試驗(yàn)的量測(cè)儀器15

工作原理：

慣性質(zhì)量m由一個(gè)剛度為K的彈簧和一個(gè)阻尼系數(shù)為的阻尼器聯(lián)結(jié)在儀器的外殼上。測(cè)振時(shí)儀器的外殼框架固定在振動(dòng)體上，并和振動(dòng)體一起振動(dòng)。我們直接測(cè)量得到是質(zhì)量塊的相對(duì)于儀器外殼的振動(dòng)，通過(guò)計(jì)算分析得到所測(cè)振動(dòng)體振動(dòng)?！?.2

動(dòng)載試驗(yàn)的量測(cè)儀器16設(shè)被測(cè)振動(dòng)物體按下面表達(dá)式的規(guī)律振動(dòng)以y表示質(zhì)量塊m相對(duì)于儀器外殼的位移，質(zhì)量塊m的總位移，x+y，或下一步是:§2.2

動(dòng)載試驗(yàn)的量測(cè)儀器17單自由度，有阻尼，強(qiáng)迫振動(dòng)方程，上式第一項(xiàng)為自由振動(dòng)，由于阻尼而很快衰減，第二項(xiàng)為強(qiáng)迫振動(dòng)的解。其中：§2.2

動(dòng)載試驗(yàn)的量測(cè)儀器18以為橫坐標(biāo)，以和為縱坐標(biāo)，并使用不同的阻尼作圖?！?.2

動(dòng)載試驗(yàn)的量測(cè)儀器19§2.2

動(dòng)載試驗(yàn)的量測(cè)儀器

幅頻特性曲線(xiàn)

相頻特性曲線(xiàn)20

分析：（測(cè)位移的測(cè)振傳感器設(shè)計(jì)狀態(tài)）當(dāng)增加時(shí)，也就是振動(dòng)體振動(dòng)頻率較之儀器的固有頻率大很多時(shí)，不管阻尼比D大還是小，趨近于1，而趨近180°，也就是質(zhì)量塊的相對(duì)振幅和振動(dòng)體的振幅趨近于相等而相位相反，這是測(cè)振儀器工作的理想狀態(tài)。21當(dāng)接近1，若阻尼D=0.5～0.7，仍接近1，相位差隨著被測(cè)振動(dòng)頻率的改變而改變，儀器所出的波形有畸變；22當(dāng)小于1，→0，儀器不能反映所測(cè)的振動(dòng)。23以上所述是為測(cè)位移的測(cè)振傳感器設(shè)計(jì)的狀態(tài)，如果使傳感器固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所測(cè)振動(dòng)頻率

24由于

25拾振器相對(duì)位移y近似與被測(cè)振動(dòng)加速度成正比。26三、測(cè)振傳感器測(cè)振傳感器又稱(chēng)拾振器，是振動(dòng)的感受裝置，把振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其轉(zhuǎn)換方式是多種多樣的，如磁電式、壓電式、電阻應(yīng)變式、差動(dòng)變壓器式、壓電式、差容式。測(cè)量振動(dòng)量是位移、速度、加速度。大部分做成慣性式也就是絕對(duì)式；也有少數(shù)相對(duì)式傳感器?！?.2

動(dòng)載試驗(yàn)的量測(cè)儀器271．磁電式速度傳感器

特點(diǎn)：靈敏度高，性能穩(wěn)定；輸出阻抗低，頻率響應(yīng)有一定寬度，通過(guò)對(duì)質(zhì)量彈簧系統(tǒng)參數(shù)的不同設(shè)計(jì)，可以使傳感器即能量測(cè)非常微弱的振動(dòng)，也能測(cè)比較強(qiáng)的振動(dòng)?！?.2

動(dòng)載試驗(yàn)的量測(cè)儀器28

磁電式速度傳感器，由磁鋼和殼體相固連安裝在所測(cè)振動(dòng)體上，并與振動(dòng)體一起振動(dòng)，芯軸與線(xiàn)圈組成傳感器的可動(dòng)系統(tǒng)并由簧片和殼體連接，可動(dòng)系統(tǒng)就是傳感器的慣性質(zhì)量塊，測(cè)振時(shí)慣性質(zhì)量塊和儀器殼體相對(duì)移動(dòng)，因而線(xiàn)圈和磁鋼也相對(duì)移動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)電磁感應(yīng)規(guī)律，E=BLnv

對(duì)于儀器系統(tǒng)BLn為常量，所以測(cè)振傳感器的輸出電壓與所測(cè)振動(dòng)物體的振動(dòng)速度成正比。29

對(duì)于這種類(lèi)型的測(cè)振傳感器，慣性質(zhì)量塊的位移反映所測(cè)振動(dòng)位移，而傳感器輸出的電壓與振動(dòng)速度成正比，所以也稱(chēng)為慣性式速度傳感器。30磁電式速度傳感器：對(duì)于建筑工程中經(jīng)常要測(cè)10Hz以下，甚至1Hz以下的低頻振動(dòng)采用擺式測(cè)振傳感器，質(zhì)量彈簧系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)的形式，以獲得更低的固有頻率根據(jù)所測(cè)振動(dòng)是垂直方向還是水平方向有垂直擺、倒立擺、水平擺等。31磁電式測(cè)振傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)：固有頻率f。靈敏度K。頻率響應(yīng)。阻尼系數(shù)32

振動(dòng)的位移或加速度可以通過(guò)積分網(wǎng)絡(luò)和微分網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)源積分網(wǎng)絡(luò)的工作原理：RcU設(shè)計(jì)積分電路時(shí)要阻抗R大大地大于容抗即

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傳感器輸出的電壓信號(hào)一般比較弱，需經(jīng)過(guò)電壓放大器。放大器應(yīng)與磁電式傳感器很好地匹配，首先放大器的輸入阻抗要大大地大于傳感器的輸出阻抗，這樣就可以把信號(hào)盡可能多地輸入到放大器的輸入端。放大器應(yīng)有足夠的電壓放大倍數(shù)，同時(shí)信噪比要比較大。為了同時(shí)能夠適應(yīng)于微弱的振動(dòng)測(cè)量和較