第七章 结构动力特性试验byLWS(ok)

第七章第七章第七章第七章结构动力特性试验结构动力特性试验结构动力特性试验结构动力特性试验™问题一结构抗震试验方法有几种？1)低周反复试验静力试验静力试验)2)拟动力试验静力试验静力试验2)拟动力试验动力试验动力试验3）模拟地震振动台试验4）现场原型试验问题二™结构动力试验方法有几种？1)动力特性试验2)动力反应试验输入输入结构结构输出输出概述7.1概述™建筑结构动力特性：反映结构本身所固有的动力性能有的动力性能™结构动力特性与结构自身的因素有关™结构动力特性与结构自身的因素有关，与外荷载无关：结构形式、刚度、材料、连接和构造等连接和构造等自振频率振型阻尼输入输入系统系统输出输出几何尺寸几何尺寸结构结构高建高建强度强度结结构构高层建筑高层建筑多层单层多层单层公共建筑公共建筑构构自自身身公共建筑公共建筑桥梁桥梁塔桅塔桅弹性模量弹性模量身身特特性性塔桅塔桅核电站核电站…………动力特性动力特性性性动力特性动力特性输入输入系统系统输出输出结结构构自振频率自振频率构构自自身身振型振型身身特特性性阻尼比阻尼比性性动力特性动力特性动力特性动力特性结构动力特性的应用结构动力特性的应用结构计算模型结构结构设计分析评定结构动力隔振防止共振特性的隔振减震防止共振改变阻尼的应用检测损伤诊断检测损伤诊断寿命估计结构动力特性试验自由结构动力特性试验自由振动法结构人工激振法动力特性振法强迫特性试验的方振动法的方法环境随法环境随机振动法法人激振法7.2人工激振法结构自振频率测量结构自振频率测量自由振动法强迫振动法自由振动法强迫振动法用初位移或初用初位移或初速度突加或突即共振法。结构共振激振器的频率卸荷载：结构自由振动振，激振器的频率即结构的自振频率：结构自由振动结构强迫振动激振方式激振方式z人工激振z偏心激振器z爆破爆破z撞击z拉绳z拉绳自由振动法自由振动法无阻尼结构自振频率测量无阻尼结构自振频率测量自由振动法自由振动法结构自振频率测量有阻尼结构自振频率测量有阻尼结构自振频率测量多取周的平均值多取几周的平均值质量块质量块振动台面振动台面钢桥墩钢桥墩AssemblingthesafetyframeAssemblingthesafetyframe组装组装安全框架安全框架安全框架安全框架安全框架试验时预防试件的倒塌安全框架：试验时预防试件的倒塌安全框架安全框架安全框架安全框架SettingoftherigidframesandtheSettingoftherigidframesandthecantileversformeasurementcantileversformeasurement安装安装cantileversformeasurementcantileversformeasurement安装安装测试用刚架和悬臂测试用刚架和悬臂测试用刚架臂测试用刚架臂刚架：安放位移传感器安放位移传感器PreparationoftransducersPreparationoftransducers数据测试准备数据测试准备数据测试准备数据测试准备刚架上的位移传感器质量块上的加速度传感器加速度传感器布置传感器振动台正弦波激励振动台正弦波激励振动台正弦波激励振动台正弦波激励X向台面正弦波时程曲线X向台面正弦波时程曲线2.00E-022.50E-02000005.00E-031.00E-021.50E-02g-150E-02-1.00E-02-5.00E-030.00E+00010203040g-2.50E-02-2.00E-021.50E02seconds150E-022.00E-022.50E-020.5Hz0.5Hz，，0.01g0.01g000E+005.00E-031.00E-021.50E02150E02-1.00E-02-5.00E-030.00E+002021222324-2.50E-02-2.00E-02-1.50E-02质量块重心处的反应质量块重心处的反应222.00E-023.00E-020.00E+001.00E-02010203040-300E-02-2.00E-02-1.00E-020102030403.00E02两个频率？两个频率？两个频率？两个频率？2205Hz05Hz001g001g85Hz85Hz002g002g2.00E-023.00E-020.5Hz0.5Hz，，0.01g0.01g8.5Hz8.5Hz，，0.02g0.02g-100E-020.00E+001.00E-022021222324-3.00E-02-2.00E-021.00E02时间长度时间长度4s4s11））22波波f=2/4=0.5Hzf=2/4=0.5Hz22））3434波波f34/48f34/4822））3434波波f=34/4=8.5Hzf=34/4=8.5Hz有阻尼自由振动有阻尼自由振动00100000.0150000.0200000.025000-0.015000-0.010000-0.0050000.0000000.0050000.01000005101520-0.025000-0.0200000.0150000.0100000.015000-0.0050000.0000000.00500023456-0.015000-0.010000时间长度时间长度2s2s时间长度时间长度2s2s1717波波f=17/2=8.5Hzf=17/2=8.5Hz1717波波f17/28.5Hzf17/28.5Hz0.0100000.015000-0.0050000.0000000.00500023456-0.015000-0.010000强迫振动法强迫振动法结构自振频率测量™又称共振法™采用惯性式离心（偏心）（偏心）激振器™采用惯性式离心（偏心）（偏心）激振器激振，或者电液伺服加载方式，使结构产生强迫振动™当激振频率与结构频率接近时，™当激振频率与结构频率接近时，结构振动幅值增大当激振频率与结构频率相等时™当激振频率与结构频率相等时，结构振动幅值最大，即产生共振结构振动幅值最大，即产生共振™试验时利用激振器频率连续改变™试验时利用激振器频率连续改变，即进行频率扫描（正弦波扫描）共振点白噪声试验白噪声试验白噪声试验0.080.1白噪声试验00.020.040.0601-0.08-0.06-0.04-0.02050100150200-0.120251015Amplititude(g/g)W1W20501020304050Frequecy人工激振法结构阻尼测量7.2人工激振法结构阻尼测量自由振动法强迫振动法自由振动强迫振动自由振动振幅衰减强迫振动共振动力系数有阻尼自由振动有阻尼自由振动00100000.0150000.0200000.025000-0.015000-0.010000-0.0050000.0000000.0050000.01000005101520-0.025000-0.0200000.0150000.0100000.015000-0.0050000.0000000.00500023456-0.015000-0.0100000'''++k自由振动法0=++kxcxmxkfkπϖ2==m21'ξϖϖ−=ξcn==ωωξm2==0'''=++kxcxmx自由振动法0'22=++xxxϖϖξ()αϖξϖ+=−tAext'sin0'''++k自由振动法0=++kxcxmxtAξϖ()αϖξϖ+−tAt'sinntnAexξϖ−=ξ()αϖξϖ+=tAext'sin11+−+=ntnAexξϖξωAextnn=−ξω11Aextnn=+−+ξω)(1ettnn=+−−πξξω2eeT==自由振动法tAξϖln1=nxξntnAexξϖ−=ξ1ln2+=nxπξ11+−+=ntnAexξϖ当采用k个周波时ξωAextnn=−nx=ln1ξξω11Aextnn=+−+knxk+2πξξω)(1ettnn=+−−πξξω2eeT==1xln21=nxxπξ)008133.0/008653.0ln()14.3*2/(121=+nxπ00987.0)008133.0/008653.0ln()14.32/(1=0.0086530.0086530.0081330.0081330.0100000.015000-0.0050000.0000000.00500023456-0.015000-0.010000ln21=nxxπξ)003722.0/010794.0ln()33*14.3*2/(121=+nxπ00524.0)()(=0.0107940.0107940.0037220.0037223333周周0.0100000.015000-0.0050000.0000000.00500023456-0.015000-0.010000习题：习题：微应变一简支梁构件作有阻尼自由振动，利用电时间（秒）简支梁构件作有阻尼自由振动，利用电阻应变计测得跨中截面如图所示的动应变反应曲线变反应曲线。构件材料弹性模量E＝2.6×104MPa时，试求：1）跨中截面在04秒时的应力值是多少？1）跨中截面在0.4秒时的应力值是多少？2）计算构件的振动频率和阻尼比。tpkxcxmxθsin'=++强迫振动法tpkxcxmxθsin=++mtpxxx/sin'22θϖϖξ++()αϖξϖ+−tAext'sinmtpxxx/sin'2θϖϖξ=++()()βθαϖξ+++=tBtAexsin'sin()βθ++tBsin/sinθmtpB2222)1(⎟⎞⎜⎛+−=θξθpB22)1(⎟⎠⎜⎝+−ϖξϖt/i'22θξ++强迫振动法mtpxxx/sin'22θϖϖξ=++/sinθmtp2222)1(/sin⎟⎞⎜⎛=θξθθmtpB222)1(⎟⎠⎞⎜⎝⎛+−ϖξϖ221)(⎞⎛=θθθμ2222)1(⎟⎠⎞⎜⎝⎛+−ϖθξϖθ1)(=θμ强迫振动法22222)1()(⎟⎠⎞⎜⎝⎛+−=θξθθμ2⎠⎝ϖϖ当共振时当共振时1ξωθμ21)(==ξ1=μξ2共振曲线与半功率法ωϖξ12−ωξ212=1ξ12−ωϖ)*/(2=μξ212=ωωϖξ0227.0)22*2/(1==017605.8/2/)4.87.8(=−=0227.00176.0=20251015plititude(g/g)W1W20510Ampl001020304050Frequecy7.2人工激振法结构振型测量人激振法结构振型测量略自由振动法强迫振动法第一阶自振振型（频率）连续激振扫描振型（频率）扫描多阶振型（频率）7.3环境随机振动法环境随机振动结构脉动扰扰地面脉动扰扰动动微小振幅风或气压变化车辆、机器0.01mm不规则振动车辆、机器地壳运动地震不规则振动脉动周期为0108地震0.1~0.8s7.3环境随机振动法环境随机振动结构脉动环境振动频谱结构固有频率扰扰环境振动频谱很丰富结构固有频率结构振型扰扰动动7.3.1模态分析法脉动源的功率谱密度函数Sx(w)与建筑物反应功率谱密度函数Sy(w)之间存在物反应功率谱密度函数Sy(w)之间存在着以下关系)(|)(|)(2ωωωSiHS•=H(iw)称为传递函数)(|)(|)(ωωωxySiHS•=H(iw)称为传递函数=1)(ωiH⎥⎤⎢⎡+⎟⎟⎞⎜⎜⎛−=2221)(0ωξωωωiiH⎥⎥⎦⎢⎢⎣+⎟⎟⎠⎜⎜⎝00210ωξωωi传递函数传递函数高层建筑现场测试高层建筑现场测试™凯旋门大厦现场测试™星海大厦现场测试™星海大厦现场测试™金茂大厦现场测试™长寿路商业广场现场测试™长寿路商业广场现场测试™九百城市广场现场测试世茂滨江花园现场测试™世茂滨江花园现场测试™同济大学医学院大楼现场测试同济大学医学院大楼现场测试™LG北京大厦现场测试™上海世茂国际广场现场测试™上海世茂国际广场现场测试™世博中国馆现场测试73009000880090009000900010200540031248765▲▲(1,2)5000154970▲(1)96039603960396039603960396▲(▲)▲(2)39603960