004-第四章--结构动力试验

第5章结构动力试验主要内容◆概述◆振动测量系统◆结构动力特性的试验测定◆结构动力反应测定◆结构抗震试验◆结构疲劳试验§5-1概述振源：引起结构振动的动力源。分类：固定振源、移动振源和特殊振源。动载：撞击荷载、振动荷载、复杂荷载。一、动力试验的基本概念二、动力试验的分类1、结构动力特性基本参数；2、动力特性反应的测定；3、结构抗震试验；4、结构疲劳性能试验。三、振动试验系统组成振动试验系统原理框图功放激振器信号源放大器记录仪振动台模型拾振器§5-2振动测量系统拾振器是将机械振动信号变换成电参量的一种敏感元件。按测量参数：分位移式、速度式和加速度式；按构造原理：分磁电式、压电式、电感式和应变式；按使用：分绝对式和相对式、接触式和非接触式。振动测量系统的测量仪表，包括拾振器、测振放大器和记录仪。拾振器的分类一、惯性式拾振器原理振动体拾振器0)(mmmkxxcxxmtxxsin0质量块m的运动微分方程：解之：)sin(]2[])(1[)()sin(22202txtAexnnntm2nmkcccncmc2；其中：；mc2022220]2[])(1[)(xxnnnm2)(12nnarctg振幅：相位角：幅频特性曲线(测位移)相频特性曲线00xxm1)当，时，11n1]2[])(1[)(2222nnn00xxm则：满足此条件的测振仪称位移计。1n12)当，时，nnnn2]2[])(1[)(2222xxxnnm21200则：这时拾振器反应的示值与振动体的速度成正比称速度计。11n3)当，时，1]2[])(1[1222nnxxxnnm202201则：拾振器反应的位移与振动体的加速度成正比称加速度计。020xxnm幅频特性曲线(测加速度)二、磁电式拾振器磁电式拾振器换能原理质量块磁钢线圈原理：810dtdxnBLe型号：65型和701型65型拾振器构造原理（测垂直位移）参数：灵敏度、频率范围、位移量，两种均可测水平振动和垂直振动。速度传感器性能指标三、压电式加速度计压电式加速度计原理质量块绝缘垫压电晶体片基座原理：利用压电晶体材料具有压电效应制成。aSmaCFCqqxxaSCaSCqeuqSq参数：灵敏度()频率范围：0-10KHzSu使用时要定期标定。四、测振配套仪器微积分放大器：与位移、速度传感器相配。电荷放大器：与压电式拾振器相配。二、动态电阻应变仪主要用于测动应变，还可以测位移、速度、加速度、振幅等参数的变化过程。1、光线示波器；2、磁带记录仪；3、函数记录仪；4、计算机。一、放大器三、记录仪器四、频普分析仪压电式加速度计电荷放大器等光线示波器或磁带记录仪应变传感器动态应变仪光线示波器A/D磁带记录仪分析仪专用计算机通用计算机数值计算法磁电式拾振器微积分放大器记录仪器磁电式测振系统压电式测振系统应变式测振系统五、仪器配套一、振源动力特性检测1、主振源探测逐台开动法波形分析法2、振源动力特性测试直接测定法；间接测定法。§5-3结构动力特性的测定各种振源的振动记录图钢筋砼框架简图实测框架振动记录图工程实例二、结构动力特性检测动力特性参数：自振频率、振型和阻尼系数1、自由振动法（撞击荷载法）动力特性测定放大器桥盒动态电阻应变仪光线示波器结构物撞击拾振器位移传感器自由振动衰减量测系统自由振动时间历程曲线有阻尼自由振动的运动方程：)sin()(textxtm—阻尼比。—衰减系数；Tnn1ln1ln1nnT1ln21nn；；自振频率：即基本周期的倒数。2、共振法（振动荷载法）功率放大器信号发生器激振器频率仪试件放大器放大器放大器放大器记录仪相位计拾振器共振法测量原理框图共振时的振动图形和共振曲线由共振曲线求阻尼系数和阻尼比221衰减系数：0阻尼比：参数测定用共振法测建筑物振型3、脉动法脉动法：是通过测量建筑物由于外界环境脉动（如地面脉动、气流脉动等）而产生的微幅振动，来确定建筑物的动力特性。方法有：主谐量法；统计法；频谱分析法；功率谱分析法。§5-4结构动力反应的测定一、动应变测定动应变测量示波图应变频率：00fLLf瞬时应变：1310)2/(tthHH；二、动位移测定双外伸梁的振动变位图注意：振动变位与振型的区别。三、动力系数测定动力系数：sdyy§5-5结构抗震试验一、拟静力试验1、试验方法2、试验设备与加载装置是以一定的荷载或位移作为控制值对试件进行低周反复加载，以获得结构非线性的荷载—变形特性。加载设备：双向千斤顶；反力墙；试验台座；荷载架等；如图示：《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101-96)建议的几种试验加载装置(a)墙片试验装置(b)梁式构件试验装置(c)梁柱节点试验装置(d)测P-△效应的节点试验装置典型的拟静力试验加载系统3、单向反复加载制度(1)位移控制加载(a)变幅加载(b)等幅加载(c)变幅等幅混合加载考虑二次地震影响和混合位移加载制度(2)力控制加载(3)力—位移混合控制加载梁柱节点通常采用的方案4、双向反复加载制度(1)x、y轴双向同步加载(2)x、y轴双向非同步加载5、滞回曲线和骨架曲线的主要特征(1)曲线图形加载一周得到的荷载—位移曲线称为滞回曲线（滞回环）。(2)骨架曲线在变幅位移加载试验中，把每次滞回曲线的峰点都连接起来的包络线称骨架曲线。它反映了构件受力与变形的各个不同阶段及特性，是确定恢复力模型中特征点的依据。骨架曲线与单次加载曲线(3)强度有明显屈服点构件的屈服荷载无明显屈服点构件的屈服荷载(4)刚度(5)延性yu延性系数：(6)耗能等效粘滞阻尼系数：OBDABCeSSh21功比指数：yyiiswQQIiQi、—第次循环时卸载点的荷载和位移。i等效粘滞阻尼系数计算(7)不同加载制度引起的耗能差异单调加载曲线单调加载：初始刚度、屈服力、极限力、屈服位移及极限位移。okyQuQuy(a)每一控制位移加载一次(b)每一控制位移下反复三次(c)控制荷载超过屈服点的多次反复(c)控制荷载超过极限荷载的反复6、恢复力特性的模型比(a)双线型(b)三线型(c)Clough型(d)D-TRI型(e)NCL型(f)滑移型不同常数的NCL模型二、拟动力试验1、方法：是由计算机进行数值分析并控制加载，即由给定地震加速度记录通过计算机进行非线性结构动力分析，将计算得到的位移反应作为输入数据，以控制加载器对试验结构进行试验。2、优缺点：可缓慢再现地震反应，观察破坏全过程，可做大模型试验。其缺点是不能再现真实的地震反应，只适用离散质量分布的结构，设备精度要求高。联机试验计算机加载流程框图三、模拟地震振动台试验加载设备：振动台；控制方式：模拟控制与数字控制；加载程序：一次加载和多次加载；优点：很好地反应应变速率对结构材料强度的影响。缺点：设备昂贵，不能做大比模型试验，不便于试验全过程观测。§5-6结构疲劳试验一、结构疲劳试验的目的应力与反复荷载次数的关系目的：确定结构的疲劳极限。研究性疲劳试验的内容：1、钢筋及砼应力随n的变化；2、开裂荷载及开裂情况；3、裂缝的宽度、长度、间距及其随n的变化；4、最大挠度及其变化规律；5、疲劳破坏荷载及承受疲劳荷载的重复次数；6、疲劳破坏特征。检验性疲劳试验的内容通常是在重复荷载标准值作用下，在规定的荷载重复次数内，对下列内容进行检验：1、抗裂性及其开裂荷载；2、裂缝宽度及其发展；3、最大挠度及变化幅度；4、疲劳极限强度；二、结构疲劳试验的方法1、疲劳试验荷载荷载取值：上限值根据构件在荷载标准值最不利组合下产生的弯距计算求得；下限值根据疲劳试验机的设备性能而定。控制次数：中级工作制吊车梁：次；重级工作制吊车梁：次。6102n6104n频率选择：依据疲劳试验机的性能而定。通常为：3.18.0疲劳机的频率构件固有频率2、疲劳试验加载程序变更荷载上限的加载程序两种：一是从头到尾施加重复荷载；另一是静荷载和疲劳荷载交替施加。静载疲劳静载maxQminQ等幅疲劳加载程序等幅疲劳加载方案3、疲劳试验的观测主要是对控制截面的应变和变形进行分阶段测试。动应变可用动态应变仪，动挠度可用差动式位移传感器、测振仪等仪器，测量可在荷载加至1、2、5、10、20、50、100、200、300、400万次时分别进行。裂缝的观测应借助于光学仪器，对裂缝宽度进行检测。三、疲劳试件的破坏标志正截面破坏标志1、当受弯构件截面配筋率为正常或低配筋率时，纵向受力主筋可能发生疲劳断裂破坏；2、配筋率过高或为倒T截面时，可能发生受压区混凝土的疲劳破坏。斜截面破坏的标志1、当构件配筋率正常或较低时，与临界斜裂缝相交的箍筋或弯起钢筋可能发生疲劳断裂破坏；2、当箍筋和纵向钢筋的配筋率都很高时，剪压区混凝土将发生剪压疲劳破坏；3、当纵向钢筋配筋率较低时，与临界斜裂缝相交的纵向钢筋可能发生疲劳断裂破坏。粘结疲劳破坏钢筋与混凝土的粘结疲劳破坏，常发生在采用热处理钢筋、冷拔低碳钢丝、碳素钢丝、钢绞线配筋的预应力混凝土结构中。四、疲劳试验的安全装置1、严格要求对中。荷载架上的分配梁、脉冲千斤顶、试验构件、支座以及中间垫板都要对中，特别是千斤顶轴心一定要同构件截面纵轴在一条直线上。2、保持平稳。疲劳试验的支座应是可调的，并使之保持水平；千斤顶与试件之间、支座与支墩之间、构件与支座之间都要严格找平，用砂浆作找平层时不宜过厚。3、安全防护措施。必须设置安全支架、支墩等防护措施。考试结构动力试验主要包括哪些内容？