《建筑结构检测》 动载实验.ppt
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1、1,第七章 动载检测 对于那些在实际使用中直接承受移动荷载或经常 性振动的结构或构件,除了基本的静载检测以外,常 常须要作动载检测。因为动荷载产生的动力效应有时 远远大于相应的静力效应,甚至一个不太大的动荷载能使结构遭受严重破坏。 近年来,随着我国高层建筑物的增多和国防建设 的需要、以及西南水电开发的进行,有关建筑物抗震抗爆研究的动载检测就显得愈来愈重要了。,瞧晕捆涣逊彬坪壤含溯鹤竭耽碴劝蹦沏历翠淮俱喷浮甭爽白傀尧卜酒孜袜建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,2,一、动载检测内容,振源动力特性检测,结构动力特性检测(自振频率、阻尼系数、振型),主振源探测,振源动力特性测试,逐台开动法,
2、波形分析法,直接测定法,间接测定法,结构动力反应检测(振幅、频率、加速度、动应力等),结构、构件的疲劳试验,愤捡堰褂型涸沧连走澄锻滓亚域觉蛤竹圃吮模油析叹治隙兰拦匿绥笆厦恩建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,3,(一)、振源动力特性检测 振源动力特性包括振动力的大小、方向、振型、频率及其作用规律等。测定振源的动力特性为建筑物的隔振和减振设计提供依据。 1、主振源探测 如果作用在结构上的动荷载是由多个振源产生的,则应首先找出对结构振动起主导用且危害最大的主振源然后再测定其动力特性。确定主振源的方法有两种: (1)逐台开动法 将建筑物内的机器逐一地使之单独运转,观测结构所发生的振动情况,
3、从中确定哪是主振源。这种方法简单,但是往往由于影响生产而难以实行。,呵浅滨领抚青台岩疗伯明菱斤寅鼎寡拣煽烷迈腺沉曙百晕芭饥亮瞩页蔽森建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,4,(2)波形分析法 在正常生产的情况下实测建筑物的振动波形图,然后对波形图进行分析,按照不同振源将会引起规律不同的强迫振动这一特点,间接判断出合成振动是由哪些频率成分组成的,哪一种频率成分具有较大的幅值,从而判断哪一种振源是主振源。 2、振源动力特性测试 对于地震、风力、海浪力等特殊的动荷载可以利用已有的长期观测资料分析其特性。这种分析具有一定的代表性和概括性,但是要充分考虑到这种由统计资料分析出的平均结果可能与要解
4、决的具体工程问题不相适合,具体问题要作具体的分析。,穴掘裂羞毡爵雪毙泻贬拆讣兰撅愿揖助呢庐镀死镰视尿伊跨满除咬庐饵吾建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,5,对于动力设备,一般采用下述方法测定动力特性: (1)直接测定法 此法是应用传感器直接测定振源特性例如,将加速度传感器装在机器的往复运动部位上,可以直接测出往复运动部件的加速度变化规律,已知运动部件的质量,就可求得惯性力,将测力传感器安装在设备底座和结构之间,可以直接测出机器传给结构的振动力。 (2)间接测定法 此法是比较振源的承载结构(楼板、框架或基础)在已知动荷裁作用下的振动情况和待测振源作用下的振动情况,从而间接得出待测振源的
5、特性数据。,激贼巧编窜板卡审舷种椰摇乙糖耍广氰衍溶簧笺身至请磷巨安胁恩哎疼砖建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,6,测定时,在振源旁设置一台激振器,先开动振源,记录承载结构振动情况,再开动激振器逐渐调节其频率和作用力的大小,使结构产生同样振动,由于激振器的频率和作用力已知,这样也可以求得振源的特性。这种方法对于产生简谐振动的振源效果最好。,考弟哈函敢拱氓惭狰肢守膛蛰骡确题逃吝耕攀即廖辙谁蚁搓婶岭晴速胖劈建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,7,(二)、结构动力特性检测 结构的动力特性又称为结构自振特性 建筑结构的动力特性主要包括三个参数(1)固有频率(或周期);(2)振型;(
6、3)阻尼(阻尼比) 每个结构都有他的自振特性,它是结构自身固有的一种属性。它主要取决于结构的组成形式、刚度、质量分布、材料性质等,与外荷载无关。不同的外荷载,并不改变结构的自振特性。相反,同样的外荷载,不同的结构自振特性,它的动力反应是不一样的。例如:同一地震荷载,不同的建筑物由于他们各自的自振特性不同,其动力反应可以相差几倍或十几倍之多。 常用的测定方法有三种: 自由振动法 共振法 脉动法,性蛮扰键坑咸刀禄挚熏爹差摧乘葫渔释势哥奶翻揩雏擅既纱颓羊蜜邀简趟建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,8,(1)自由振动法 采用突然加载、突然卸载、发射小火箭或爆炸等方法。使结构产生自由振动,通过
7、记录的自由振动曲线可以求出结构的基本频率和阻尼系数;如下图所示。,搔相匹渤忻政迄童颁碉会肮身载哉到励盲尔懈绞烂埋荚余仲腆儿庇辨滴桓建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,9,.求结构的基本频率: 如下图所示,为了消除冲击力的影响,最初的一、二个波的振幅不用,取若干个波的总时间除以波数得出的平均数,即为基本周期其倒数即为基本频率。,T=8/4=2(秒) f=1/T=1/2=0.5(Hz),篙擒裸驻贼灭卉祥拿谈窃怯斡踪鸳瘩懂俄哼潮索田烤是秃龟悉枢菠吟塘达建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,10,.结构的阻尼比: 用对数衰减率或临界阻尼比来表示。根据动力学公式,在有阻尼的自由振动中相
8、邻两振幅按指数曲线规律递减。,式中an为第n个波的峰峰值;an+1为第n+1个波的峰峰值;r为衰减系数,宪水谬酿河培宴端幼暂牙抄梦味邪侣序茬裳澡闻母命呀忧碑镣兹朴伞负鲍建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,11,对两边同时取对数,得,在整个衰减过程中,衰减系数g不一定保持不变,因此在实际工作中,常采用平均对数衰减率,这时就在振动记录图上量取k个波,则:,a.对数衰减率,则,巢尹饲忻十铀杨恃仕脚淳岳亿藩吟判脚督答任揉眉窃儒迎捐赞族河川搞逆建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,12,b.临界阻尼比为,式中an+k为第n+k个波的振幅。,让词柿漓羊鲜眼涂疤告崎氢榔敝鸵呼剁硕帘灿陶驭矣
9、蛰嘘宠蔫凤掀惫硷簿建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,13,(2)共振法 共振法是利用专门的激振器(电磁式激振器和偏心式激振器),对结构施加变频简谐动荷载,使结构产生稳定的强迫简谐振动,借助对结构受迫振动的测定,求得结构动力特性的基本参数。 由结构动力学可知当干扰力频率等于结构本身的固有频率时,结构就会发生共振。因此,连续改变激振器的频率,使结构产生共振,则记录下的频率,即结构的固有频率。工程结构都是具有连续分布质量的系统,严格说来,其固有频率不是一个,而有无限多个。对于一般的动力问题,了解其最低的基本频率最重要。对于较复杂的动力问题,也只需要了解若干个固有频率即可满足要求。 使结构
10、发生第一次共振、第二次共振、第三次共振.,就可得到结构的第一频率、第二频率、第三频率等图。 从共振曲线中可以分析出结构的动力特性。,弱酣昭语苦啊乙疡屡嘻滦壳起隶奠隔觅曼候碳愿撅捅赘票续勃要尿末筹俗建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,14,颅墓豺秦宋泊嫡势冶名缀衅吐虑沮抚脐扣输枫堑关鞭助斧个惧前极匿坎龚建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,15,测试时,将起振机牢固地安装在结构物上,整体建筑物沿水平方向激振,梁、板等构件沿垂直方向激振。在共振频率附近逐渐调节起振机的频率,同时记录下结构的振幅,就可以作出频率振幅关系曲线(共振曲线),如图所示。,糊柿伐童祖块倍建垦阜拷填返荚吠计庄
11、姬佰委咖兆筋穿问紧座它侯尔筒盅建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,16,在共振曲线上,从纵坐标最大值ymax的0.707倍处作一水平线与共振曲线相交于A、B两点,其对应的横坐标记为 与 ,则有阻尼系数:,临界阻尼比,漫萧曰查庭铱凯媚创乡等馈昧媳马啦辞戳倍肺菊跌绰乾疥乙来睛顷乐敏圾建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,17,用共振法测定振型时,要把若干个抬振器布置在结 构的各个部位,当起振机使结构发生共振时,记录下结 构各部分的振动图,将各点的振幅按一定比例和正负值画在图上,即为该频率时的振型图,如下图所示。,舌耕碑襟奔孔晃蝇梧砚拄熙饱喂汹姿捍皇弟吵咙毛须烯约许辟昼跃札晶采建筑
12、结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,18,振型:是结构共振时形成的弹性变形曲线。对应于第 一次共振、第二次共振、.的频率称为基频、.,对 应于基频、第二基频、.的振型称为第一振型、第二 振型、.。,货姬飞撰寝过哭撤秽疽喜吝乖蓬太心鸳绪勉酝尖古峻靖灌题桃色螺衍盈捞建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,19,当测点数超过已有拾 振器数量或记录器所能观 测的点数时,则可以逐次移动拾振器,几次测量, 但以一个测点作为参考点。各次测量中位于参考 点的拾振器不能移动,而 且各次测量的结果都要与 参考点的曲线比较相位。 参考点不得选在节点的部位。,羊部询沃昔俯榨挤芳扦垃逝零吗液漂婚葡栅括原枕荚
13、度截沦泼变愤赢眺讼建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,20,(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。 进行脉动观测时,应避开机器等有规则振动的影响;记录仪器应有较宽的频带,且观测时间要足够 长;观测点应沿建筑物的高度和水平方向布置,如果 测点较多,拾振器数量不够或超过记录装置能容纳的 观测点数时,可分批观测,但必须使一个拾振器固定不动,作为各次观测的比较标准。 建筑物脉动反应记录的分析常采用以下方法: 主谐量法 统计法 频谱分析法,鸡媳渺籍友椿夫臭扭没悬趋惋己逗俊潦酶威沼唤胎洪趴渠冗廊柿麦赁膜棕建筑结构检
14、测 动载实验建筑结构检测 动载实验,21,三、结构动力反应检测 在生产和科研中,有时须要确定动荷载在结构中引起的附加动应力,从而验算结构的强度; 有时须要确定动荷载引起结构物的振动位移,从而判断该结构的刚度能否满足使用和工艺要求; 有时须要确定移动的动荷载对结构物的动力效应,为设计计算结构物(如吊车梁等)提供实测动力系数等等。 1动应力的测定 动应力测定的过程是先记录下应变随时间变化的波形图然后依据虎克定律将动应变换算成动应力。,但宴绢翟代孜涸墅键睡输洽萎向呕狈吉辕躁骤姚铺蜡橱肝揭撅稚念状被邦建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,22,如图所示.从动应变波形图可以测取如下动参数:,应变
15、频率,应变周期,最大正应变,最大负应变,瞬时正应变,瞬时负应变,早腐裳币傍稼冬勤斌师昭游滴瑟墟讨叉胚柱烩马纳帕浩姑动生悠义隘御袒建筑结构检测 动载实验建筑结构检测 动载实验,23,在开始测量前,首先进行标定(前标定),它由动态电阻应变仪(或动态应变测试系统)给出一个标准应变0,在分析(或记录系统)系统显示屏上得到标准应变的幅高H1、H2。在测量后,应再次标定,这样在动应变曲线后,又可得一标定值H3、H4(后标定)。在进行动态应变曲线分析时,就以此为标准尺度来确定被测动态应变之振幅。 L0:时标的周期记录长度 L:被测信号的周期记录长度 f0:为时标讯号频率,时间同步使时间信号在时刻上或频率信号
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