建筑结构试验基础教学课件5
34页1、教学分析第5章 建筑结构动力试验教学分析5.1 概述概述各种类型的工程结构,在实际使用过程中除了承受静荷载作用外,还常常承受各种动荷载作用。为了了解结构在动荷载作用下的工作性能及动力反应,一般要进行结构动力试验。土木工程中需要研究和解决的动力问题范围很广,可参见下表。土木工程研究的常见动力问题工程工程结结构的抗震构的抗震问题问题为地震设防和抗震设计提供依据,提高各类工程结构的抗震能力。工工业业厂房生厂房生产过产过程中的振程中的振动问题动问题设计和建造工业厂房时要考虑生产过程中产生的振动对厂房结构或构件的影响。桥桥梁梁设计设计考虑车辆运动对桥梁的振动、流水浮冰对桥墩的冲刷和冲击、风雨使斜拉桥的斜拉索产生雨振和索塔产生振动等问题。高高层层建筑与高建筑与高耸耸构筑物构筑物设计设计解决风荷载所引起的振动问题。近海近海结结构物构物设计设计解决海浪拍击、风暴、浮冰冲击等引起的振动问题。国防建国防建设设研究建筑物的抗爆问题,研究如何抵抗核爆炸等所产生的瞬时冲击荷载(即冲击波)对结构的影响。教学分析5.1 概述概述动载试验与静载试验相比,具有一些特殊的规律性。首先,造成结构振动的动荷载是随时间而改变的
2、。其次,结构在动荷载的作用下的反应与结构本身动力特性密切相关。结构动力试验分为结构动力特性基本参数(如自振频率、阻尼系数、振型等)和结构动力反应的测定等。概括起来,结构动载试验通常有如下表几项基本内容。结构动载试验基本内容结结构构动动力特性力特性测试测试也称为结构自振特性,是反映结构本身所固有的动力性能,包括结构的自振频率、阻尼、振型等参数。振源振源识别识别振源识别就是寻找对结构振动起主导作用且危害最大的主振源,这是振动环境治理的前提。结结构构动动力特性力特性测测定定动荷载特性测定是建筑结构进行动力分析和隔振设计所必须掌握的,直接影响到结构的动力反应。主要包括:测定结构动荷载的大小、方向、频率及其作用规律等。结结构构动动力反力反应测试应测试测定实际结构在实际工作时的振动水平(如振幅、频率)及形状,在移动荷载作用下桥梁的振动,地震时建筑结构的振动反应(强震观测)等。教学分析5.1 概述概述为了模拟实际的动力荷载,试验时首先应设计一个符合试验目的要求的振动系统。振动系统由激励和记录两部分组成,如下图所示。激励装置是使结构产生振动的振源,振源的振动规律可根据试验需要设计为简谐振动或随机振动。
3、振动试验系统原理1-信号源;2-功率放大器激振器;3-激振器振动台;4-振动台拾振器;5-模型记录器;6-拾振器功率放大器;7-放大器;8-记录器建筑物振动台试验建筑物振动台试验建筑物振动台试验建筑物振动台试验 2004.11.22晚23时至23日6时, 华科大工程结构检测中心人员对海南省海口和平桥进行了一次全方位“体检”动静载试验。动载试验含脉动、跑车、刹车、跳车4项内容。刹车试验中,试验车辆在通过桥一定断面时突然刹车,通过此方式来采集当时桥梁反应,包括桥梁上、下部结构的反应。 试验前技术员已在桥底设置100多个传感器和应变计。桥上中间一侧的人行道上密密麻麻布满了连着桥底感应器和应变计的一些黑色线。 实验车队排成一条长龙 教学分析5.2 动荷载的特性试验动荷载的特性试验动荷载的特性主要研究:作用力、方向、频率等参数。在研究风荷载、地震作用、工业建筑内的动力设备响应时,需要确定振源的大小和作用规律,这些振源虽然可以根据统计值进行动力荷载特性计算,但有时实际动力特性与统计值有较大的差距,用计算方法往往不能获得振源的实际动力特性,因此,需要借助试验的方法进行确定。教学分析5.1 概述概述5
4、.2.1 测主振源的方法作用在结构上的动荷载常常是很复杂的,一般是由多个振源产生的。首先要找出对结构振动起主导作用即危害最大的主振源,然后测定其特性。1逐台开动法结构发生振动,其主振源并不总是显而易见的。在工业厂房内有多台动力机械设备时,可以逐个开动,观察结构在每个振源影响下的振动情况,从中找出主振源,但是这种方法往往由于影响生产而不便实现。也可以分析实测振动波形,根据不同振源将会引起不同规律的强迫振动这一特点,来间接判定振源的某些性质,作为探测主振源的参考依据。教学分析5.1 概述概述5.2.1 测主振源的方法2波形识别法右图给出了几种典型的振动曲线的记录波形图。其中a图是间歇性的阻尼振动曲线,振动曲线上有明显的尖峰和衰减的特点,说明是撞击性振源所引起的振动;b图的振动曲线是有周期性的简谐振动曲线,这可能是一台机器或多台转速一样的机器运转所引起的振动;c图为两频率相差两倍的简谐振源引起的合成振动曲线图形;d图为三简谐振源引起的更为复杂的合成振动曲线图形;e图的振动曲线的记录波形符合“拍振”的规律,振幅周期性地由小变大,又由大变小。这有两种可能,一种是由两个频率接近的简谐振源共同作用;
5、另外一种是只有一个振源,但其频率和结构的自振频率相近;f图的振动曲线记录波形是随机振动的记录图形,它是由随机性动荷载引起的,例如液体或气体的压力脉冲。各种振动记录波图形教学分析5.1 概述概述5.2.2 动荷载参数的测定方法对于动荷载特性的测定,可以采用直接测定法、间接测定法和比较测定法等,具体见下表。直接测定法在测量对象上直接安装传感器,通过传感器的反应来测定动荷载的各项参数。此方法简单可靠,应用范围广。间接测定法将需测定动力的机器安装在有足够弹性变形的专用结构上,结构下面为刚性支座。结构须避免与机器发生共振,以保证所测结果的准确度。比较测定法通过比较振源的承载结构(楼板、框架或基础)在已知动荷载作用下的振动情况和待测振源作用下的振动情况,进而得出动荷载的特性数据。动荷载特性测定法教学分析5.3 结构的动力特性试验结构的动力特性试验结构的动力特性,如自振频率、振型和阻尼系数(或阻尼比)等,是结构本身的固有参数,它们决定于结构的组成形式、刚度、质量分布、材料性质、构造连接等。用试验法测定结构动力特性,首先应设法使结构起振,然后记录和分析结构受振后的振动形态,以获得结构动力特性的基本参数
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