《动力特性试验》PPT课件.ppt

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1、§5-3结构动力特性的试验测定结构动力特性主要包括结构的自振频率、阻尼系数、振型等基本参数，也称动力特性参数或振动模态参数。这些特性由结构形式、刚度、质量分布、材料性质、构造连接等因素决定，与外荷载无关。测量与了解结构的自振频率，可以避免和防止荷载所产生的干扰频率与结构产生共振或拍振现象。已建建筑通过试验测定后，可以采取相应的措施，进行防振或消振。结构的动力特性可按结构动力学的理论进行计算。但由于实际结构的组成、材料和连接等因素，经简化计算得到的理论数据往往会有一定误差。对于结构阻尼系数，一般只能通过试验来加以确定。因此，结构动力特性试验就成为动力试验中一个极为重要的组成部分，引起人们

2、的关注和重视。结构动力特性试验的方法主要有人工激振法和环境随机振动法。人工激振法又可分为自由振动和强迫振动法。§5-3结构动力特性的试验测定5-3-1振动荷载法一、激励方法振动荷载(共振法):借助按一定规律振动的荷载，迫使结构产生一个恒定的强迫简谐运动，通过对结构受迫振动的测定，求得结构的动力特性的基本参数。一般采用惯性式机械离心激振器对结构施加周期性和简谐振动，使结构产生简谐强迫振动。二、资料整理1.结构固有频率的测定由结构动力学可知，当干扰力的频率与结构本身固有频率相等时，结构就出现共振。连续改变激振器的频率，同时记录下结构的振幅，就可作出频率――振幅关系曲线或共振曲线。§5-3结

3、构动力特性的试验测定共振曲线中峰值对应的频率即为结构的固有频率（或周期）。如图5-9，第一个峰值对应的频率为第一阶固有频率（基本频率），第二个峰值对应的频率为第二阶固有频率。图5-9共振时的振动图形和共振曲线§5-3结构动力特性的试验测定2.确定结构的阻尼系数和阻尼比采用半功率法（0.707法）由共振曲线图求得结构的阻尼系数和阻尼比。具体作法如下：1.以振幅为纵坐标，ω为横坐标作出共振曲线见图5-10。2.曲线上峰值对应的频率即为结构的固有频率。3.从共振曲线上在纵坐标最大值ymax的0.707倍处作一水平线与共振曲线相交于A和B两点，其对应横坐标是ω1和ω2，则半功率点带宽为式（5-

4、12）4.阻尼系数式（5-13）5.临界阻尼比为式（5-14）图5-10由共振曲线求阻尼系数和阻尼比§5-3结构动力特性的试验测定3.振型结构按某一固有频率作振动时形成的弹性曲线。用强迫振动法测结构的振型时，可由结构的不同楼层布置传感器，根据传感器测得的同一时刻不同楼层的振动幅值来确定结构的振型。将同一垂线上各测点在同一瞬时的振幅按比例和正负值绘在图上即振型曲线。图5-11为共振法测量某多层建筑物的振型，图（a）为传感器的布置，图（b）为共振时记录下的振动波形图，图（c）为建筑物的振型曲线。强迫振动法可测得结构的各阶振型，当测量结构高阶振型时，应布置足够多的传感器。注意：绘制振型曲线时

5、要根据相位，规定位移的正负值。图5-11共振法测量建筑物的振型§5-3结构动力特性的试验测定三、共振法的优缺点优点：对于较复杂的动力问题，可得到若干个固有频率。缺点：需专门的激振器。§5-3结构动力特性的试验测定5-3-2撞击荷载法一、激励方法二、资料整理1.确定结构自振频率在结构的有阻尼自由振动曲线(见图5-12)上，根据时间坐标，量取振动波形的周期，求得结构的自振频率。为精确起见，可取几个波形，求平均值。图5-12自由振动时间历程曲线§5-3结构动力特性的试验测定2.确定结构阻尼有阻尼自由振动波形在tn时刻的振幅为，经过一个周期T后，在tn+1时刻的振辐为，则相邻周期振幅之比为：式

6、(5-15)式中：周期。对上式两边取对数：式(5-16)式(5-17)利用式(5-17)就可以由实测振动图形所得到的振幅变化来确定阻尼比。式(5-17)中　　　　又称为对数衰减率：§5-3结构动力特性的试验测定在整个衰减过程中，数值不一定是常数，有可能发生变化，所以，在实际工作中，经常取振动图中k个整周期进行计算，以求得平均衰减系数：式(5-18)式中：k——计算所取的振动波数；、——k个整周期波的最初波和最终波的振幅值。试验实测得到的有阻尼自由振动波形图有时没有零线，如图5-12所示，在测量结构阻尼时，可采用峰-峰幅值。对数衰减率：式(5-19)式中：　　－－第n个波的峰-峰值；－－

7、第n+k个波的峰-峰值。临界阻尼比：式(5-20)§5-3结构动力特性的试验测定为消除撞击荷载冲击的影响，最初的一、二个波可不作为依据。三、自由振动法的优缺点优点:用自由振动法得到的周期和阻尼系数是可靠的，试验结果的整理也比较容易。缺点:但只能测得一阶的固有频率和振型。§5-3结构动力特性的试验测定5-3-3脉动法脉动法通常用于测量整体建筑物的动力特性，这种方法不用专门的激振设备，而是通过测量建筑物由于外界不规则的干扰而产生的微小振动，即“脉动