工程结构动力特性及动力响应检测技术.doc

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江苏省工程建设标准DGJ

JXXXXX-2010DGJ32/JXX-2010

工程结构动力特性及动力响应检测技术规程

Technicalspecificationfortestingdynamiccharacteristicanddynamicresponseofengineeringstructures

2010-XX-XX发布2010-XX-XX实施

江苏省建设厅审定发布

江苏省工程建设标准

工程结构动力特性及动力响应检测技术规程

DGJ32/JXX-2010

JXXXXX-2010

主编单位:

批准单位:

江苏省建设厅

批准日期:

2010年XX月XX日

前言

近年来，结构的安全评估及抗震性能评价越来越受到人们的重视，结构的动力检测由于其自身的优点逐渐成为工程界和学术界十分关注的一个研究领域。

结构动力检测方法可不受结构规模和隐蔽的限制，高效模块化、数字化的结构动力响应测量技术为结构动力检测方法提供了有效的技术支持。

为规范工程结构动力特性和动力响应检测方法和程序，提高检测结果的可靠性，特编制本规程。

根据江苏省建设厅《关于印发<江苏省2009年度工程建设标准和标准设计图集编制、修订计划>的通知》（苏建科[2009]99号）的要求，规范编制组在前期相关科研的基础上，经广泛调查研究，认真总结实践经验，参考国内外有关先进标准，开展专题研究、试验研究和典型工程应用，并在广泛征求意见的基础上，制定本规程。

本规程的主要技术内容是：

1总则；2术语和符号；3基本规定；4仪器设备；5工程结构动力特性检测；6工程结构动力响应检测；7检测报告的编写。

本规程在使用过程中如发现需要修改或补充之处，请随时将意见反馈至南京工业大学（南京市中山北路200号，邮政编码：

210009），以供今后修订时参考。

本标准主编单位、参编单位和主要起草人：

主编单位:

主要起草人：

目录

1总则 1

2术语和符号 2

2.1术语 2

2.2符号 3

3基本规定 6

3.1检测方案 6

3.2检测步骤 7

3.3检测环境 8

4仪器设备 9

4.1动测系统技术要求 9

4.2设备维护 11

5工程结构动力特性检测 12

5.1一般规定 12

5.2检测方法 13

5.3数据处理 14

5.4评价方法 20

6工程结构动力响应检测 21

6.1一般规定 21

6.2检测方法 22

6.3数据处理 24

6.4评价方法 26

7检测报告的编写 28

附录A检测记录表 29

附录B振动信号特征值 31

本规程用词说明 36

1总则

1.0.1为规范工程结构动力特性和动力响应检测方法和程序，提高检测结果的可靠性，特制订本规程。

1.0.2本规程适用于工程结构动力特性及动力响应的检测，包括结构固有频率、阻尼比和振型的检测，以及评价振动源对工程结构影响的的检测。

1.0.3工程结构动力检测应委托具有相应资格的法定检测机构进行；检测人员应进行专业技术培训并具有相应的检测能力。

1.0.4按本规程进行动力检测时，除应遵守本规程的规定外，尚应符合国家现行的有关标准的规定。

1.0.1本条阐述了规程的编制目的。

制定本规程的目的，是为了规范动力检测这一新兴检测方法在工程质量检测中的程序和方法，提高检测结果的可靠性，从而更好地促进该方法的应用和推广。

1.0.2本条规定了规程的适用范围及意义。

目前较为成熟的动力检测范围有：

工程结构动力特性的检测和工程结构在各种外部激励作用下的动力响应检测。

1.0.3本条规定了动力检测法的执行机构，以及对具体检测人员的要求。

1.0.4阐述了本规程与其他相关规程的关系。

应遵守协调一致、互相补充的原则，即无论是本规程还是其他相关规程，在进行动测法检测时都应遵守，不得违反。

2术语和符号

2.1术语

2.1.1动力特性dynamiccharacteristic

表示结构固有特性的基本物理量，如固有频率、振型和阻尼比等。

2.1.2动力响应dynamicresponse

表示结构受动力输入作用时的输出，如位移响应、速度响应、加速度响应等。

2.1.3频率特性frequencycharacteristic

表示结构振动频率的基本物理量，一般包括幅频特性和相频特性。

2.1.4频率范围frequencyrange

传感器或测振系统正常工作的频带，在这个频带内输入信号频率的变化不会引起它们的灵敏度发生超出指定的百分数的变化。

2.1.5灵敏度sensitivity

表示传感器信号输出幅值与被测信号的输入幅值之比。

2.1.6横向灵敏度transversesensitivity

横向灵敏度指传感器沿主轴方向振动时其横向振动幅值与主轴方向振动幅值之比，用百分比来表示，横向灵敏度越小越好，一般要求应小于3%～5%。

2.1.7相位差phasedifference

不同信号内相同频率对应两谐波分量之间的相位角之差。

2.1.8信噪比signaltonoiseratio

表示放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比，常用分贝数dB表示。

2.1.9动态范围dynamicrange

可测量的最大振动量与最小振动量之比，常用分贝数dB表示。

2.1.10脉动法pulsatingmethod

利用结构周围环境激励引起的振动进而来识别结构动力特性的一种方法。

本节所列术语一般为其在本规程中出现时，其含义需要加以界定、说明或解释的重要词汇。

尽管在界定和解释术语时考虑了术语的习惯和通用性，但理论上这些术语仅在本规程中有效，列出的目的主要是防止出现错误理解。

当本规程列出的术语在本规程以外使用时，应注意其可能含有与本规程不同的含义。

2.2符号

时间

周期

频率

圆频率

加速度

速度

位移

刚度

质量

阻尼比

均值

均方值

方差

自相关函数

自功率谱函数

互相关函数

互功率谱函数

相干函数

相位角

倒功率谱

频响函数

脉冲函数

信号最高频率分量

采样频率

分贝

快速傅里叶变换

功率谱函数中结构的固有频率

结构共振响应的时间常数

本节所给出的符号可分为三类：

动测系统性能参数符号、动测系统计算参数符号、动测系统统计参数符号，其大部分与有关规程一致。

3基本规定

3.1检测方案

3.1.1方案准备

现场检测前，宜具备下列资料：

1场地的地质勘察资料；

2工程结构的结构形式、层高、构造情况及荷载分布情况等；

3场地及其邻近的干扰振源资料；

4结构设计计算书。

3.1.2方案制定

检测方案宜包括下列内容：

1检测目的；

2检测设备及要求；

3检测内容及具体方法；

4仪器测点布置图。

3.1.1规定了制定检测方案前应该具有的资料；3.1.2规定了检测方案应该包括的内容。

3.2检测步骤

工程结构的动力检测一般按照以下步骤进行：

1根据检测对象及其目的，选择合适的测量参数；

2根据场地情况和检测要求布置测点；

3根据检测要求选择并安装传感器，传感器的安装应与检测目的相一致；

4连接导线（包括屏蔽线和接地线），对整个测量系统进行调试；

5合理设置检测参数，包括对采样频率、数据采集时间、数据采集系统放大倍数等参数进行设置；

6采集数据并保存。

本条规定了动力检测的一般步骤。

一般情况下，在检测开始前需要有一个明确的检测目标，用以确定实验目的以及要测量的量，包括要求的精度和可靠性。

同时，还需要确定影响测量设备和测量技术选择的与仪器不相关因素，包括测量人员的有效性、成本、测量需要的时间、时间安排表以及可行的数据分析、确认和显示技术。

接下来要考虑的有测量的环境条件、振动的频率范围、幅值、动态范围以及理论方向的估计。

需要这些信息作为合适选择测量设备的准则。

测点的布置可参考5.2.1、5.2.2、6.2.1和6.2.2条。

在数据的调试过程中，若记录曲线出现漂移情况，一般从以下几点查找原因：

检查电源是否正常、检查测线接头是否包好、检查振动传感器是否与被测点固定好、检查输入插座是否可靠。

传感器的具体安装方式可参考《机械振动与冲击加速度计的机械安装》GB/T14412-93。

3.3检测环境

3.3.1现场检测时，检测设备、仪器均应有防风、防雨雪、防晒和防摔等保护措施。

3.3.2检测场地应避开外界干扰振源，测点应避开地下管道、电磁场、噪声、射线等。

4仪器设备

4.1动测系统技术要求

4.1.1动测系统一般由激振系统、传感器、动态信号采集分析仪等组成。

4.1.2结构动力检测传感器应采用低频传感器，频率下限应不大于0.5Hz（+1～-3dB），频响曲线应平坦，传感器横向灵敏度应小于0.05。

4.1.3信号放大调理器应符合下列要求：

1放大器应采用带低通滤波功能的多通道放大器，低通滤波大于24dB/oct。

一般宜使用抗混淆滤波放大器。

2放大器频响范围：

低频不大于0.5Hz，高频大于传感器最高频率，输入噪声水平应低于2μV。

3多通道放大器要求各个通道间无串扰，各通道相位一致，频响范围相同。

其振幅一致性偏差应小于3％，相位一致性偏差应小于0.1ms。

4.1.4强迫振动检测的激振设备，应符合下列要求：

1当采用机械式激振设备时，工作频率宜为3～60Hz，宜具备无极调速功能；

2竖向自由振动检测时，激振可采用铁球，其质量宜为结构质量的1/100～1/150。

4.1.5数据采集与记录宜采用多通道数字采集和存储系统，其A/D转换器位数应不小于12位，宜采用16bit以上A/D转换，幅度畸变宜小于1.0dB。

4.1.6信号分析仪应具有多通道，具有基本的数字信号处理功能，包括滤波、截取、时域幅值统计、FFT、自谱、互谱等功能。

4.1.1~4.1.3本条规定了动测设备的基本要求。

目的是为了避免测量时可能产生的误差。

低频传感器如电磁式、伺服式。

4.1.4强迫振动的激振方式有：

1张拉释放法。

该方法通过某种张拉装置使结构产生初始位移，然后迅速解除张拉，使结构产生自由振动，张拉释放法实质上是一种阶跃激励。

2火箭冲击法。

该方法采用火箭点燃后产生的冲击力使结构产生初始速度而自由振动，火箭加力法为脉冲激励。

3撞击法。

该方法利用重锤敲击结构物所产生的冲量使结构产生初速度而引起的自由振动，撞击法为脉冲激励。

4.2设备维护

4.2.1动测系统应每年进行一次系统的标定，应有主管计量部门检验的合格证书。

4.2.2仪器应具有防尘、防潮性能，其工作温度应在-10℃～50℃范围内。

4.2.3动测系统在使用、运输和保管过程中应注意防水、防潮、防曝晒和防剧烈振动等。