結構動力特性測定次課

結構動力特性測定次課演示文稿目前一頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點（優(yōu)選）結構動力特性測定次課.目前二頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點3§2.5結構動力特性測定對于比較簡單的動力問題，一般只注意結構的基本頻率。而為了研究結構的振動規(guī)律（如復雜的多自由度體系），有時還必須考慮第二、第三甚至更高階的固有頻率以及相應的振型。目前三頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點4§2.5結構動力特性測定結構物的固有頻率及相應的振型雖然可由結構動力學原理計算得到。但由于實際結構物的組成和材料性質(zhì)等因素，經(jīng)過簡化計算得出的理論數(shù)據(jù)誤差比較大。阻尼系數(shù)則只能通過試驗來確定。因此，采用試驗手段研究各種結構物的動力特性具有重要的實際意義。目前四頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點5§2.5結構動力特性測定1、自由振動法設法使結構產(chǎn)生自由振動，通過記錄儀器記下有衰減的自由振動曲線，由此求出基本頻率和阻尼系數(shù)。目前五頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點6§2.5結構動力特性測定結構產(chǎn)生自由振動的方法:突加荷載和突卸荷載兩種方法。突加荷載，是將重物升到某一高度，然后釋放，使結構產(chǎn)生自由振動，它的缺點是加上去的重物附結構一起振動，對結構有一定的影響。目前六頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點7§2.5結構動力特性測定突卸荷載，使結構產(chǎn)生一個初位移，然后突然卸去荷載，利用結構的彈性使其產(chǎn)生自動振動。目前七頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點8§2.5結構動力特性測定具體的方法：具有吊車的工業(yè)廠房，可利用小車突然剎車產(chǎn)生自由振動。測定橋梁的動力特性，可以采用載重汽車越過障礙物的辦法產(chǎn)生一個沖擊荷載。用發(fā)射反沖小火箭（又稱反沖激振器）的方法可以產(chǎn)生脈沖荷載，從而使結構發(fā)生自由振動。目前八頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點9量測方法采用自由振動法時，拾振器一般布置在振幅較大處，要避開某些桿件的局部振動。通過測量儀器的記錄，可以得到結構的有阻尼自由振動曲線。在振動時程曲線上，根據(jù)時間座標，得到振動波形的周期或結構的自振頻率。為了消除荷載影響，最初的一個、二個波不用，同時，為了提高準確度，可以取若干波的總時間除以波數(shù)得出平均數(shù)作為基本周期，其倒數(shù)即為基本頻率，建筑物的阻尼特性用對數(shù)衰減率或臨界阻尼比來表示。目前九頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點10§2.5結構動力特性測定實測得到的振動記錄圖一般沒有零線，所以在測量阻尼時應采取從峰到峰的量法，這樣比較方便，而且準確度，對數(shù)衰減率為

臨界阻尼比目前十頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點11自由振動法的原理：

＝目前十一頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點12自由振動法的原理：

＝目前十二頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點13§2.5結構動力特性測定2、共振法利用專門的激振器，對結構施加簡諧動荷載，使結構產(chǎn)生恒定的強迫簡諧振動，借助共振現(xiàn)象來觀察結構的自振性質(zhì)。目前十三頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點14將激振器牢固地安裝在建筑結構上，不使其跳動，否則將影響試驗結果。激振器的激振方向和安裝位置要根據(jù)所試驗結構的情況和試驗目的而定。目前十四頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點15一般說來，整體建筑物動荷載試驗多為水平方向激振，樓板和梁的動荷載試驗多為垂直方向激振。激振器的安裝位置應選在所要測量的各個振型曲線都不是節(jié)點的地方。因此，試驗前最好先對結構進行初步的動力分析，做到對所測量的振型曲線的大致形式心中有數(shù)。目前十五頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點16由結構動力學可知，當干擾力的頻率與結構本身固有頻率相符時，結構就出現(xiàn)共振。因此，連續(xù)改變激振器的頻率，達到使結構產(chǎn)生共振，這時記錄下的頻率，就是結構的固有頻率，連續(xù)激振下去，應可以得到第一次共振，第二次共振，第三次共振等。目前十六頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點17在理論上，結構有無限階自振頻率，但頻率越高輸出越小，由于受檢測儀表靈敏度的限制，一般僅能測到有限階的自振頻率。另外，對結構影響較大的是前幾階，而高階的影響較小。目前十七頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點18測共振頻率時，一般總是把激振器的轉(zhuǎn)速由低到高，進行幾次連續(xù)變換的所謂“頻率掃描’’試驗，同時記錄下振動曲線圖。在圖上先找到使建筑物發(fā)生共振的頻率值。然后，再在共振頻率附近進行穩(wěn)定的激振試驗，仔細地測定結構的固有頻率和振型。

目前十八頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點19當使用偏心式激振器時，應注意到轉(zhuǎn)速不同，激振力大小也不一樣。激振力與激振器轉(zhuǎn)速的平方成正比。為了準確地定出共振曲線，應把振幅折算為單位激振力作用下的振幅，即振幅除以相應的激振力?；蛘甙颜穹鶕Q算為在相同激振力作用下的振幅。目前十九頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點20以為縱座標，ω為橫座標作出共振曲線，如圖在縱座標最大值Ymax的0.707倍處作一水平線與共振曲線相交于A和B兩點，其對應橫座標是ω1與ω2。則阻尼比為：目前二十頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點21以其推導過程如下

動力放大系數(shù)D＝=

D==

平方后目前二十一頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點22以其推導過程如下

忽略根號內(nèi)

＝

目前二十二頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點23§2.5結構動力特性測定由結構動力學可知，結構按某一固有頻率作振動時形成的彈性曲線稱為結構按此頻率振動的振動形式，簡稱振型。目前二十三頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點24§2.5結構動力特性測定對應于基頻、第二頻率、第三頻率分別有基本振型(第一振型)、第二振型、第三振型。用共振法測量振型時，要將若干個拾振器布置在結構的各個部位。當激振器使結構發(fā)生共振時，同時記錄下結構各部位的振動圖，通過比較各點的振幅和相位，即可給出該頻率的振型圖。目前二十四頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點25§2.5結構動力特性測定為拾振器和激振器的布置。(b)為共振時記錄下的振動曲線圖。(c)為振型曲線。

繪制振型曲線圖時，要規(guī)定位移的正負值。在圖上規(guī)定頂層的拾振器(1)的位移為正，凡與它相位相同的為正，反之則為負。將各點的振幅按一定的比例和正負值畫在圖上即是振型曲線。目前二十五頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點26§2.5結構動力特性測定

有時由于結構形式比較復雜，測點數(shù)超過已有拾振器數(shù)量或記錄裝置能容納的點數(shù)，這時可以逐次移動拾振器，分幾次測量，但是必須有一個測點作為參考點，各次測量中位于參考點的拾振器不能移動，而且各次測量的結果部要與參考點的曲線比較相位。參考點也應選在不是節(jié)點的部位。

目前二十六頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點27§2.5結構動力特性測定3、脈動法脈動法是通過量測由環(huán)境隨機激振而產(chǎn)生的建筑物微小振動，即“脈動”來分析建筑物動力特性的方法。這一方法被廣泛地應用于建筑物的動力分析研究中?？梢詮拿}動信號中識別出結構物的固有頻率、阻尼比、振型等多種模態(tài)參數(shù)，還可以用脈動法識別扭轉(zhuǎn)空間振型。目前二十七頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點28§2.5結構動力特性測定建筑物的脈動來自兩個方面，一方面是地面脈動；另一方面是大氣變化即風和氣壓等引起的微幅振動。建筑物的脈動是經(jīng)常存在的，但及其微弱．一般只有幾微米到幾十微米。因此為測量這種信號要使用低噪聲和高靈敏度的拾振器和放大器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用這種方法進行實測，不需要專門的激振設備，而且不受結構形式和大小的限制，適用于各種結構。目前二十八頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點29§2.5結構動力特性測定但是建筑物本身是一個復雜的體系，當振幅增大時，其剛度有所降低，所以，用脈動法在微幅振動條件下所得到的固有頻率比用共振法所得要偏大一些，應用試驗成果時應注意到這一因素。

目前二十九頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點30§2.5結構動力特性測定從分析建筑物的動力特性這個目的出發(fā)，量測建筑物的脈動時必須注意下列幾點：1．建筑物的脈動是由于環(huán)境隨機振動而引起的，這就可能帶來各種頻率分量，為得到正確的記錄，要求記錄儀器有足夠?qū)挼念l帶，使所需要的頻率分量不失真。目前三十頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點31§2.5結構動力特性測定2．根據(jù)脈動分析原理，脈動記錄中不應有規(guī)則的干擾或儀器本身帶進的雜音，因此觀測時應避開機器或其他有規(guī)則的振動影響，以保持脈動記錄的“純潔”性。3．為使每次記錄的脈動均能反映建筑物的自振特性，每次觀測應持續(xù)足夠長的時間并且重復幾次。目前三十一頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點32§2.5結構動力特性測定4．布置測點時應將建筑物視為空間體系，沿高度和水平方向同時布置儀器。如儀器數(shù)量不足可作多次測量。這時應有一臺儀器保持位置不動作為各次測量比較標準。5．每次觀測最好能記下當時的天氣，風向風速以及附近地面的脈動，以便分析這些因素對脈動的影響。目前三十二頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點33§2.5結構動力特性測定建筑物脈動記錄的分析通常采用以下幾種方法：(一)主諧量法建筑物固有頻率的諧量是脈動里最主要的成分，在脈動圖上可以直接量出來。凡是振幅大，波形光滑處的頻率總是多次重復出現(xiàn)。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，那么，就可以確定此頻率就是建筑物的固有頻率。目前三十三頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點34§2.5結構動力特性測定通?；l出現(xiàn)的機會最多，比較容易確定。對一些較高的建筑物，有時第二、第三頻率也可能出現(xiàn)，但比基頻少。記錄的時間長一些，分析結果的可靠性就大一些。在記錄曲線比較規(guī)則的部分，確定是某一固有頻率后，可以分析出振型來(同共振法)。目前三十四頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點35例：某高層建筑固有頻率和振型實測

目前三十五頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點36§2.5結構動力特性測定(二)諧量分析法

將建筑物脈動記錄圖看成是各種頻率的諧量合成的結果。而建筑物固有頻率的諧量和脈動源卓越頻率處的諧量為其主要成分。因此，用付里葉級數(shù)的方法將脈動分解并作出其頻率譜，在頻譜圖上建筑物固有頻率處和脈動源的振動頻率處必然出現(xiàn)突出的峰。一般在基頻處是非常突出的，而二頻、三頻處有時也很明顯。但也不是所有峰都是建筑物固有頻率，需通過分析判斷并區(qū)別之。目前三十六頁\總數(shù)三十八頁\編于十七點