第七讲_结构动力试验PPT文档格式.pptx
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实测振动波形图,根据波形图的特征,如下图,可初步判断出是冲击振动,还是稳态振动;
是一个振源,还是多个振源的合成;
是否为两个频率相近的简谐振源的拍振;
是否为随机振动;
对合成振动进行频谱分析,获得合成振动的频率构成,按频率找相应的振源。
6.2结构动力荷载特性试验(续),2、振源动力特性测试直接测定法;
间接测定法。
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,6.3结构动力特性试验,6.3.1概述结构动力特性,也称为动力特性参数,或振动模态参数。
它包括:
自振频率、阻尼系数、振型等基本参数。
这些特性参数只与其自身的刚度、质量等相关,与外界动力荷载无关。
结构的动力特性参数可通过动力学理论进行计算,但计算简图与实际结构的偏差会导致很大的计算误差。
其中阻尼系数这一参数只能通过试验测得。
结构动力特性的试验(测试)方法:
人工激振法:
包括自由振动法、强迫振动法;
环境随机振动法。
6.3.2人工激振法测量结构动力特性,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),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,1、自由振动法(续),人工使结构产生初位移或初速度,使结构产生自由衰减振动,通过测试衰减振动曲线,如下图,求得结构动力特性参数。
1、自由振动法(续),
(1)自振频率测试在测试获得的衰减振动曲线中,直接测量相邻峰峰之间的时间间隔,即为自振周期,自振周期的倒数即为自振频率。
1、自由振动法(续),
(2)阻尼测试阻尼的作用是自由振动衰减的原因。
如果没有阻尼,则自由振动将不发生衰减。
阻尼大,则衰减快。
根据衰减曲线中相邻波峰的幅值比,运用动力学计算公式,可计算出阻尼比。
自由振动时间历程曲,有阻尼自由振动的运动方程:
;
衰减系数;
阻尼比。
自振频率:
即基本周期的倒数。
1、自由振动法(续),(3)振型测试振型指的是结构在其固有频率时的振动型式。
当多自由度结构有多个固有频率时,则有多种振型。
振型可用结构的振动位移曲线表示,如下图。
自由振动法测量振型,由于只能激发基本频率振动,所以只能获得基本振型,也称为一阶振型。
测试的方法是在各层布置测振传感器,测量同一时刻各层的振动幅值,则各层在同一时刻的幅值关系即为振型。
2、共振法(振动荷载法或强迫振动法)上述自由振动法实际也是先强迫其振动起来,然后让其自由振动,测试的是自由振动阶段。
这里所说的强迫振动,是持续的、变频的强迫振动,测试的是强迫振动阶段。
2、共振法(振动荷载法或强迫振动法),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,
(1)自振频率测试频率扫描:
频率由低到高,或由高到低连续变化,称之为频率扫描。
如下图的频率扫描曲线。
利用激振器对结构进行激振,并使激振器的振动频率进行频率扫描,当激振器的频率与结构的固有频率一致时,结构发生共振,即振幅达到最大值,此时激振器的频率,即为结构的某阶固有频率。
由此可获得结构的各阶固有频率。
(2)阻尼测试结构共振时的峰值与阻尼有关,当阻尼为零时,共振峰值为无穷大,阻尼愈大,共振峰值愈小,根据实测共振峰值曲线及动力学理论,可计算出阻尼比。
(3)振型测试用激振器分别激起结构的各阶共振,测试各楼层在同一时刻的振动位移,则各楼层的振动位移关系即为该固有频率的振型。
共振时的振动图形和共振曲线衰减系数:
由共振曲线求阻尼系数和阻尼比阻尼比:
参数测定,用共振法测建筑物振型,6.3.3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。
6.4结构动力反应试验,结构动力反应测试的内容:
结构动态参数的测试:
振动反应的频率、位移、速度、加速度等参数。
结构振动形态的测试:
结构动力系数的测试,振动传播系数:
为了测量振源振动的影响范围和衰减规律,测量振源处及其它部位的振动位移幅值,各点振动位移幅值与振源幅值之比,称之为该点的传播系数。
结构振动形态:
结构振动反应的变形图。
结构动力系数:
静荷载产生的挠度称为静挠度(如下图),具有与静荷载相同幅值的动力荷载产生的挠度称为动挠度。
动挠度与静挠度之比称为动力系数。
6.4结构动力反应试验(续),一、动应变测定,动应变测量示,应变频率:
瞬时应变:
二、动位移测定,双外伸梁的振动,注意:
振动变位与振型的区别。
三、动力系数测定,动力系数:
6.5结构疲劳试验,应力与反复荷载次数的关系,6.5.1概述含义:
P166,目的:
确定结构的疲劳极限和疲劳寿命。
研究结构在多次重复或反复荷载作用下的结构性能及其变化规律,确定结构疲劳破坏时的强度值,及荷载重复作用的次数;
结构疲劳破坏时的强度值称为疲劳极限,疲劳破坏时的荷载重复次数称为疲劳寿命。
科研研究疲劳试验的内容与测试项目,1、钢筋及砼应力随荷载重复次数的变化;
2、开裂荷载及开裂情况;
3、裂缝的宽度、长度、间距及其随荷载重复次数的变化;
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(疲劳寿命);
6、疲劳破坏特征。
检验疲劳试验的内容,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,控制次数:
中级工作制吊车梁:
重级工作制吊车梁:
次;
次。
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。
2、频率选择:
依据疲劳疲试劳验机机的频的率性能而定。
通常为:
构件固有频率,3、疲劳试验加载程序P167,疲劳试验加载程序的三个阶段:
静载试验阶段:
以最大荷载为上限进行两次静载试验的循环。
疲劳试验阶段:
破坏试验阶段:
在疲劳重复次数达到预期要求时,采用静载或疲劳试验的方法进行破坏试验。
静载试验方法确定疲劳极限;
疲劳试验方法确定疲劳寿命。
2、疲劳试验加载程序,变更荷载上限的,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,等幅疲劳加载,等幅疲劳加载方案,6.5.3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。
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。
疲劳试件的破坏标志,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。
疲劳试件的破坏标志,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。
6.5.4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。