同濟大學土木工程7-結構動載試驗

2023/9/21土木工程§7-1概述結構動載試驗通過試驗的方法對結構振動進行分析研究動荷載隨時間發(fā)生變化結構反應與本身動力特性相關動載檢測的應用：（1）結構抗震性能評價（2）工業(yè)廠房機械設備振動對結構、構件或精密儀表和機床的影響（3）高層結構、高聳構筑物、道路橋梁、堤壩的風水荷載或移動荷載（4）建筑物抗爆2023/9/22土木工程慣性力加載沖擊力：重物、鋼絲、彈簧離心力：偏心質(zhì)量起振直線位移慣性力電磁加載：電磁試驗臺疲勞試驗機：多次反復加載液壓振動臺：地震力運動荷載：汽車、拖拉機、吊車§7-2動載試驗的加載方法與設備2023/9/23土木工程§7-3動載試驗的加載方法與設備1慣性力加載（1）沖擊力加載突然加載法：適用于剛度較大的結構，較小的荷載產(chǎn)生較大的振幅；對結構有影響。突然卸載法：適用于剛度較小的結構，特別是柔性較小的構件。2023/9/24土木工程§7-3動載試驗的加載方法與設備1慣性力加載（2）離心力加載2023/9/25土木工程§7-3動載試驗的加載方法與設備1慣性力加載（3）其它加載特點：低頻條件下可產(chǎn)生較大激振力，按要求控制位移和速度；只適用于低頻激振（1Hz以下的激振），設備較笨重。2023/9/26土木工程§7-3動載試驗的加載方法與設備2電磁加載特點：頻率范圍較寬，重量輕，控制方便，可產(chǎn)生各種激振力；激振力不大，僅適用于小型結構。2023/9/27土木工程§7-3動載試驗的加載方法與設備3液壓加載2023/9/28土木工程一、自由振動法：瞬態(tài)激振后的阻尼振蕩垂直突加、減荷載水平突加荷載二、共振法：起振機變頻激振三、脈動法：環(huán)境隨機脈動§7-5結構動力特性的試驗測定2023/9/29土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定1自由振動法瞬態(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2023/9/210土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定2共振法共振產(chǎn)生條件：干擾頻率與結構固有頻率相同使用起振機變頻激振2023/9/211土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定2共振法阻尼系數(shù)臨界阻尼比2023/9/212土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定2共振法建筑物的振形圖對應于某一頻率（共振時）2023/9/213土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定2共振法建筑物的振形圖對應于某一頻率2023/9/214土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定3脈動法環(huán)境脈動：環(huán)境隨機激振而引起的結構物微小振動地面脈動氣流脈動基本原理固有頻率的諧量是脈動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出現(xiàn)主諧量法：頻譜分析法：諧量分析法、相關或功率譜分析法特點不需要激振設備，不受結構形式和大小的限制信號弱，有好的記錄設備2023/9/215土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定3脈動法（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，通常基頻出現(xiàn)的機會最多。2023/9/216土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定3脈動法（1）主諧量法2023/9/217土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定3脈動法（2）諧量分析法2023/9/218土木工程§7-5結構動力特性的試驗測定3脈動法（3）功率譜分析法脈動的振幅譜的幅值確定建筑物的固有頻率和振形。記錄信號傅立葉分析2023/9/219土木工程§7-6結構動力反應的試驗測定1結構特定部位動參數(shù)的測定測點布置根據(jù)結構情況和試驗目的布置。分布系數(shù)特定結構、特定振源情況下的振動分布情況2023/9/220土木工程§7-6結構動力反應的試驗測定2結構的振動變位圖測定振型：結構本身的動力特性，與外荷載無關。變位圖：結構在特定荷載作用下的變形曲線。2023/9/221土木工程§7-6結構動力反應的試驗測定3結構動力系數(shù)的試驗測定動力系數(shù)：動撓度與靜撓度的比值2023/9/222土木工程§7-6結構動力反應的試驗測定4強震觀測地震發(fā)生時，用儀器觀測地面運動的過程和建筑物的動力反應。結構物在強震過程中的振動記錄自動觸發(fā)啟動，蓄電池供電美國洛衫磯：凡新建六層以上、面積超過6000平方英尺的建筑物必須設置強震儀3臺。楊浦大橋和金茂大廈等十幾個重要建筑物上都已安裝了強震記錄網(wǎng)絡，僅金茂就安裝了6臺。上海計劃在十五期間普及更多，通過立法，達到10層以上的建筑都安裝。浦東機場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米、100多米及200多米，這些井群可以測量到不同深度接收到的不同地震波的強度。2023/9/223土木工程§7-6結構動力反應的試驗測定4強震觀測中華人民共和國防震減災法要求在重大工程和生命線工程等建筑上安裝強震動觀測設備。一是可以檢查建筑物的“健康狀況”，根據(jù)震動記錄數(shù)據(jù)，及時掌握地震或其他強震動發(fā)生時建筑物受損情況；二是從記錄數(shù)據(jù)中總結經(jīng)驗，進而不斷改進建筑物抗震設防設計；三是通過已形成的觀測網(wǎng)絡的強震動觀測，可以快速掌握地震裂度分布情況，為地震預測與震后救災提供可靠的信息。2023/9/224土木工程§7-6結構動力反應的試驗測定4強震觀測《地震安全性評價管理條例》國務院令四大工程須進行地震安全性評價。國家重大建設工程受地震破壞后可能引發(fā)水災、火災、爆炸、劇毒或者強腐蝕性物質(zhì)大量泄露或者其他嚴重次生災害的建設工程，包括水庫大壩、堤防和貯油、貯氣、貯存易燃易爆、劇毒或者強腐蝕性物質(zhì)的設施以及其他可能發(fā)生嚴重次生災害的建設工程受地震破壞后可能引發(fā)放射性污染的核電站和核設施建設工程省、區(qū)、市認為對本區(qū)域有重大價值或者有重大影響2023/9/225土木工程§7-7結構疲勞試驗概念結構物或構件在重復荷載作用下，達到破壞時的應力比其靜力強度要低得多。這種現(xiàn)象稱為疲勞試驗目的了解重復荷載作用下，結構的性能及其變化規(guī)律2023/9/226土木工程§7-7結構疲勞試驗1疲勞試驗項目（1）鑒定性試驗①抗裂性及開裂荷載②裂縫寬度及發(fā)展③最大撓度及其變化幅度④疲勞強度（2）科研性疲勞試驗①各階段截面應力分布狀況，中和軸變化規(guī)律②抗裂性及開裂荷載③裂縫寬度、長度、間距及發(fā)展④最大撓度及其變化規(guī)律⑤疲勞強度的確定⑥破壞特征分析2023/9/227土木工程§7-7結構疲勞試驗2疲勞試驗荷載（1）疲勞試驗荷載取值上限荷載：最大標準荷載最不利組合下產(chǎn)生的彎距計算下限荷載：根據(jù)疲勞試驗設備的要求而定。國內(nèi)多采用等幅勻速荷載：2023/9/228土木工程§7-7結構疲勞試驗2疲勞試驗荷載（2）疲勞試驗荷載速度荷載頻率影響材料的塑性變形和徐變，頻率過高對試驗設施有影響使構件在試驗時實際工作時受力狀態(tài)一致，構件與荷載架不能發(fā)生共振荷載頻率θ與結構固有頻率ω之比應滿足：2023/9/229土木工程§7-7結構疲勞試驗2疲勞試驗荷載（3）疲勞試驗的控制次數(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、強度等必須滿足規(guī)范中有關規(guī)定。中級工作制吊車梁：2Χ106次重級工作制吊車梁：4Χ106次2023/9/230土木工程§7-7結構疲勞試驗3疲勞試驗步驟（1）預加靜載消除松動及接觸不良，壓牢構件，使測試儀表工作正常（2）正式疲勞試驗2023/9/231土木工程§7-7結構疲勞試驗3疲勞試驗步驟（2）正式疲勞試驗2023/9/232土木工程§7-7結構疲勞試驗4疲勞試件的安裝（1）嚴格對中（2）保持平穩(wěn)（3）安全防護現(xiàn)行的疲勞試驗都是采取試驗室常幅疲勞試驗方法。即疲勞強度是以一定的最小值和最大位重復荷載試驗結果而確定。實際上結構構件是任意變化的重復荷載作用，隨著測試技術的不斷進步，常幅疲勞試驗將為符合實際情況的變幅疲勞試驗所代替。2023/9/233土木工程§7-8動力試驗的數(shù)據(jù)處理1振動示波波圖的分析（1）簡單波形的分析

2023/9/234土木工程時間幅值頻率時域分析頻域分析