建筑结构结构动力试验
结构动力特性试验
OFS
LPFG
FBG
EFPI
四、试验过程
1、熟悉传感器和测量仪器，并连线。 2、打开设备电源，预热10min。 3、启动DHDAS_5920动态信号采集分析软件，
熟悉界面。
4、测量参数设置 （1）分析参数设置 z 采样频率：1k~2kHz； z 采样方式：连续
其余不用设置。
OFS
LPFG
FBG
EFPI
OFS
应变片
m
Z 0(t)
LPFG
FBGZ1 ( t )
EFPI
（2）压电式加速度传感器
¾ 振动时质量块产
生的惯性力，使压
电元件产生变形，
从而产生与加速度
成正比的电荷，经
m
后级电荷放大器后
得到与加速度成正
比的电压值。
3
优点：
引出线
¾（1）体积小，重量轻，对被测体的影响小。
¾（2）频率范围宽、动态范围大、测量灵敏 度高。
25
EFPI
灵敏度的选择
（1）土木工程和超大型机械结构的振动 在1~100ms-2左右，可选300~30pC/ms-2 的加速度传感器。
（2）特殊的土木结构（如桩基）和机械 设备的振动在100~1000ms-2，可选择 20~2pC/ms-2 的加速度传感器。
（3）碰撞、冲击测量一般10k~1Mms-2， 可选则0.2~0.002pC/ms-2 的加速度传感 器。
OFS
LPFG
FBG
EFPI
频率选择
选择加速度传感器的频率范围应高于被 测试件的振动频率。有倍频分析要求的 加速度传感器频率响应应更高。
土木工程一般是低频振动，加速度传感 器频率响应范围可选择0.2~1kHz
工程结构实验与检测第3章 结构动力试验
使用时要定期标定。 压电式加速度计原理
四、测振配套仪器
1、放大器 微积分放大器：与位移、速度传感器相配。 电荷放大器：与压电式拾振器相配。 2、动态电阻应变仪 主要用于测动应变，还可以测位移、速度、 加速度、振幅等参数的变化过程。 3、记录仪器
常用的有数据采集仪。
5、仪器配套
磁电式 拾振器
微积分 放大器
其特点是运动具有周期性，作用的 大小和频率按一定规律变化，使结构产 生强迫振动。
离心力加载 ：机械式激振器
机械式激振器
使一对偏心块按相反方向运转，便由离心力产 生一定方向的加振力。改变质量或调整带动偏心质 量运转的电机的转速，可调整激振力的大小。
使用时将激振器底座固定在被测结构物上， 由底座把激振力传递给结构，致使结构受到简谐变 化激励作用。
2 1 2
1 2
振型:用共振法测建筑物振型
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。
脉动记录的分析方法有：主谐量法；频谱分析法。 主谐量法：脉动信号的主要成分是基频谐量，
在脉动记录里常常出现酷似“拍”的现象，在波形 光滑之处“拍”的现象最显著，振幅最大。凡有这 种现象之处，振动周期大多相同。这一周期往往即 是结构的基本周期。
时间标志
2i c2h2i
c1, c2 正负应变的标定常数
动应变频率： f
L0 L
f0
二、动位移测定
要全面了 解结构在动力 荷载作用下的 振动状态，可 以设置多个测 点进行动态变 位测量，以作 出振动变位图。
注意：振动变位与振型的区别。
三、动力系数测定
结构动力系数定义为:在移动荷载作用下，结构 的动挠度和静挠度的比值。
建筑结构试验第四章结构动载试验
疲劳试验
❖示例
本章小结
1 概述 2 动载试验仪器仪表 3 结构振动测试 4 结构抗震试验 5 结构疲劳试验
宝山壁画
❖ 宝山壁画是引人注目的昂贵文物。此壁画发现于阿鲁科 尔沁旗东沙布乡境内。1994年列为“全国十大考古新发 现”之一。宝山壁画中最引人注目的是《杨贵妃教鹦鹉 图》。该画高0.7米、宽2.3米，用于笔重彩绘制，最突 出的表现了 晚唐风格。唐代擅长绘贵妇仕女的大师周昉 绘制了《杨贵妃教鹦鹉图》，不仅享誉中原，而且还影 响全国各地。发现于阿旗宝山古墓里的这幅画，就是契 丹人聘请中原画家按照周氏风格绘制的， 技法深得周氏 画风的真传。在唐人真迹稀如星风的今天，能够从中完 整了解唐代人物画的杰出成就，堪称美术史研究的辛事。 这幅壁画现今保存在阿鲁科尔沁旗博物馆，历经千年， 恍如新绘，是该馆的镇馆之宝。
结构抗震试验——伪静力试验
❖常用的三种加载方法 ①控制位移加载法；常以屈服位移或最大层间位移
的某一百分比来控制加载 ②控制荷载加载法； ③控制荷载和位移混合加载法。
结构抗震试验——拟动力试验
❖拟动力试验，其实质就是按照某种确定性的地震 反应进行加载。
❖ 由于结构的恢复力模型未知，运动方程无法求解， 故采用“边试验、边求解”的方法分步得到实测 的结构恢复力模型，然后可完成整个试验加载过 程。
结构抗震试验——伪静力试验
❖结构低周反复加载试验的主要研究内容： ♦ 恢复力模型：相当于结构的物理方程 ♦ 抗震性能判定：强度、刚度、变形、延性、耗能 ♦ 破坏机制研究：为抗震设计提供方法和依据
❖伪静力试验的特点： 试验装置及加载设备简单、观测方便，但加载制 度是人为确定的，与真实情况差异较大，且不能 考虑应变速度及阻尼的影响。试验值偏低，一般 情况下低周反复加载静力试验结果偏于安全。
第六章 结构动载试验
某结构在受动力荷载 作用后，测得振动记录曲 线如下图所示，试根据图 示振动曲线所标明的数据， 计算该结构的自振频率和 阻尼比。
自振频率： f 1 =1/0.2=5(Hz)
T
阻尼比： 1 ln xn =1/(3*π)*ln(25/19)=0.291 k xnk
或： 1 ln xn 2k xnk
2、共振法
它利用一个频率可调的激振机（一般采用离心激振
器）对结构施加周期性的简谐振动，使结构产生强迫
振动，记录各个激振频率及对应振幅，并作A〜ω曲线。
利用干扰力频率与结构自振率相等时，结构产生共
振的原则,曲线极值对应的频率就是结构的固有频率；
结构的阻尼比： ω1 ω2 ω3
A 2
0.707 A1max A1maxA2max
3、疲劳试验目的：研究结构的结构性能及其变化规律， 确定疲劳极限（疲劳破坏时的强度值）和疲劳寿命 （荷载重复作用的次数）。
4、疲劳试验分类：等幅等频疲劳、变幅变频疲劳和随机 疲劳。
结构疲劳试验的方法
1．自由振动法
• 自振频率和阻力比：采用初位移或初速度的突卸荷载 或突加荷载的方法，使结构产生自由振动，并记录振 动波形。自振频率和阻尼比确定方法如下。
自振频率： f 1 T
阻尼比： 1 ln xn k xnk
当只或取两：个 相邻1的l峰n 值xn计算： 或 12lnk xn xnk
2 xn1
6.4 结构动力反应试验
• 动态参数：在测试部位布置适当的测振仪器，测定结 构的振幅、频率（频率谱）、速度、加速度、动应变、 动挠度等。
动应变和动挠度的测 定：如下图，可通过布置 动态应变仪或位移传感器 测出应变时程曲线或位移 时程曲线。
• 振型：结构按其固有频率振动时，由惯性力引起的弹 性变形曲线，属于结构的动力特性，与外荷载无关。
建筑结构试验
建筑结构试验[简答]气压加载法的工作原理：气压加载法的工作原理：气压加载法主要是利用空气压力对试件施加荷载。
由于空气压力的特点，它所产生的垂直于试件或结构模型表面的均布荷载。
这时要求在试件上特制一个对试件无约束的密封容器，或在加载装置和试件之间设置一可充气的气囊，经充气后借助容器或气囊将均布压力施加于试件表面。
【单选、简答】惯性力加载法的分类在结构动力试验中，常利用物体质量在运动时产生的惯性力对结构施加动力荷载。
由于荷载作用的方法不同，其可分为冲击力加载和离心力加载两种方法。
【简答】各种惯性力加载法的工作原理冲击力加载法的工作原理：通过突加载或张拉突卸，使被加载结构产生自由振动。
离心力加载法的工作原理：根据旋转质量产生的离心力对结构施加简谐振动荷载。
【简答】电液伺服加载系统的工作原理电液伺服加载系统的工作原理：利用自动控制和液压技术相结合的电液伺服闭环境系统控制试验加载。
【填空、简答】电液伺服阀的工作原理电液伺服阀的工作原理：电液伺服阀是电液伺服液压加载系统的心脏部分、指令发出信号经放大后输入伺服阀，转换成大功率的液压信号，将来自液压源的液压油输入加载器，使加载器按输入信号的变化规律对结构施加荷载。
电液伺服阀能根据输入电流的极性控制液压油的流向，根据输入电流的大小控制液压油的流量，且其流量与电流基本上成比例地变化。
【单选、简答】机械力加载使用的机具种类机械力加载常用的机具有吊链、卷扬机、绞车、花篮螺丝、螺旋千斤顶及弹簧等。
【单选、简答】用弹簧作结构持久荷载试验的原理用弹簧作结构持久试验时，弹簧变形值与荷载的关系应预先测定，故在试验时只需要知道弹簧的最终变形值，即可求出对试件施加的荷载值。
即用弹簧作持久荷载时，应事先估计到由于结构徐变使弹簧压力变小时，其变化值是否在弹簧变形的允许范围内。
电液伺服加载系统的组成和特点电液伺服加载系统主要由电液伺服加载器、控制系统和液压源等三大部分组成。
电液伺服加载系统的特点：试验时应用非电量电测技术将荷载作用力、位移、应变、加速度等物理转换得到的电参量（一般为电压信号），通过电液伺服阀去控制系统中的高压液压油的流量，推动液压加载器油缸中的活塞队结构施加荷载。
建筑结构试验课件：结构动载试验
4.2 结构动载试验的仪器仪表
4.2 结构动载试验的仪器仪表: 测振仪器
拾振器
放大、微分、 积分
记录与分析
位移传感器
磁电式速度传感器
测
振 源
压电式加速度传感器
量 电
压力传感器
路
记录设备 数据采集系统
荷载传感器
4.2 结构动载试验的仪器仪表
惯性式测振传感器
1. 力学原理
质量块m的运动方程：
m xr xA cxr kxr 0
4.2 结构动载试验的仪器仪表
4.2 结构动载试验的仪器仪表: 激振设备
信号发生器
功率放大器
被
激振器
测 结
构
信号发生器
信号发生器是激振器的信号源。由它按检测的需要
发出某一振动波形。
功率放大器
功率放大器是为信号发生器输出的波形信号提供强
有力的功率以推动下一个环节激振器，使其具有足
够的激振力。
4.2 结构动载试验的仪器仪表
)2
[1 (A )2 ]2 (2 A )2
0
0
频率比： A 0
2 A
arctg
1
0
A 0
2
4.2 结构动载试验的仪器仪表
xA XA sinAt
Xr
2
X A [1 2 ]2 (2)2
Xr/XA
ξ
xr Xr sin At
2 arctg 1 2
ξ
幅频特性曲线
ωA/ω0
相频特性曲线
结构动力荷载的类型
地震作用 机械设备振动和冲击荷载 高层建筑和高耸结构的风振 环境振动——地脉动
4.1 概述
爆炸引起的振动 车辆运动对桥梁的振动 海洋采油平台收到海浪的冲击和冰块的撞击
结构动力性实验报告
结构动力性实验报告1. 引言结构动力性实验是通过对建筑物或其他结构的动力响应进行测试和分析，以评估其抗震性能和安全性。
本实验旨在研究结构在受到外部振动力作用下的动态响应特性，为建筑结构设计和抗震设防提供实验依据。
2. 实验设备和方法2.1 实验设备本次实验使用了以下设备：1. 动力测试仪：用于施加不同振频和振幅的外部振动力，测量结构的动态响应。
2. 加速度传感器：用于测量结构物体在受到振动力作用下的加速度。
3. 数据采集仪：用于记录并存储从加速度传感器获取的数据。
2.2 实验方法实验步骤如下：1. 准备工作：根据实验需求，调整动力测试仪的振频和振幅。
2. 安装加速度传感器：将加速度传感器安装在结构物的合适位置，确保传感器与结构物之间的接触良好。
3. 连接设备：将加速度传感器与数据采集仪连接，并确保连接稳定。
4. 开始实验：通过动力测试仪施加不同振频和振幅的外部振动力，观察结构物的动态响应，并使用数据采集仪记录加速度数据。
5. 数据分析：将数据采集仪记录的加速度数据导入计算机，使用合适的数据处理软件进行分析，得出结构物在受到外部振动力作用下的响应特性。
3. 实验结果与分析通过实验获得的结构物的加速度数据可以得出如下结论：1. 结构物的自然频率：通过观察加速度-时间曲线的振幅变化，可以确定结构物的自然频率。
自然频率是结构物在无外部振动力作用下自由振动的频率。
在实验中，我们观察到当外部振动力的频率与结构物的自然频率接近时，结构物的振幅达到最大值。
2. 结构物的阻尼比：阻尼比是描述结构物在受到外部振动力作用下能量耗散程度的参数。
在实验中，我们通过观察加速度-时间曲线的振幅衰减情况，可以估计结构物的阻尼比。
通常情况下，结构物的阻尼比越大，其对振动的抑制能力越强。
3. 结构物的共振现象：在实验中，我们发现当外部振动力的频率与结构物的自然频率相差较小时，结构物的振幅明显增大，出现共振现象。
这表明结构物在共振频率附近的振动能量吸收与耗散不均衡，可能导致结构物的破坏或加剧损坏。
砌体建筑结构动力特性测试分析
砌体建筑结构动力特性测试分析摘要：砌体建筑结构，分析传统砖结构的动态特性，容易受到外界环境的干扰，砖结构的完整性缺失，导致动态特性分析，精度低，所以建筑结构的动态属性是确定结构监测，地震检测和可靠性的重要参数。
然而，简化结构计算模型和计算方法导致理论计算值与结构动态特性的实际值之间存在一定误差。
高效模块化和测量方法数字化的好处是更好地确定建筑结构的实际状态，测量和分析两个石材结构的频率和模态形状为结构，并且使安全评估提供了科学依据。
关键词：砌体结构；动力特性；测试分析近年来，建筑结构的健康监测和地震识别受到更多关注。
此外，在中国建立可靠性测试和验证通常基于大规模研究，使各个组件的材料属性记录在现场，根据相关规格和设计图评估参数。
该测试是一个局部组件，不能反映结构的整体质量，或者只是建筑结构的一部分，很容易忽视建筑结构中的一些质量缺陷，而动力特性将非常有效地测量模块的数字结构的动态特性可以避免上述错误，并更好地理解建筑物结构的实际行为。
目前，中国现有建筑中的砖块占很大比例，但动态特性的研究低于其他类型的建筑。
1 地震作用下砌体建筑砌体结构的动力特性分析1.1 获取砌体结构自振频率将建筑物与其他小信号的描述进行比较，对下层建筑物的实验信号振动的环境振动的相同点和不同点进行解释，他们的主要区别在于难以确定输入功率。
砌体建筑物中的真石结构非常大，难以对输入施加足够的可控性的振动，因此当环境被激发时，表面的功率和风脉动可以同时被视为输入，因此确定输入信号很困难。
根据上述性质，结构的固有频率由建筑物的砌体结构的反应的磁能谱确定，结构响应的固有功率谱受测量噪声和激发光谱的影响，峰值是不安全的模态频率。
基于以下原则：（1）结构描述不同的测量点位于与功率谱的峰值相同的频率。
（2）固有振动频率下不同测量点之间的相关函数不能过大，通常为1；（3）其他测量点在独特的频率位置具有相同的相位或反相特性。
结构振动模式可以用随机振动理论来判断，我们在这里以n个自由度应用n自由度系统和固定自由度。
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响。
利用自由振动法一般只能获得结构的基本频率及其阻尼。
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
5.3.2共振法
共振法采用能够产生稳态简谐振动的起振机或激振器作为振源，使 结构产生强迫简谐振动，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。 实验时，把激振器安装在结构的适当位置，加大激振器输出力量， 可以迫使结构产生周期性强迫振动。当干扰力的频率与结构本身自振 频率相等时，结构就会出现共振。因此，通过改变激振器的频率，可
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
5.3.1 自由振动法
自由振动法是使结构产生一初位移或初速度，然后释放使其产生自由振动 ，通过记录仪获得有衰减的自由振动曲线（图5.1），由此可以利用动力学 知识求出结构的基本频率和阻尼系数。
图5.1 自由振动时程曲线
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
促使结构产生共振反应，记录共振时共振曲线（图5.3）和振型曲线（
图5.5），通过曲线分析，可以获得结构的自振频率和振型阻尼比。
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
图 5.3 为对建筑物进行频率扫 描试验时所得到的时间历程曲 线。在共振频率附近逐渐调节 激振器的频率，同时记录结构 的振幅，就可做出频率 — 振幅
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
（1）直接测定法 直接测定法是指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。这种方法简单可靠，随着现
代量测技术的不断发展，各种传感器性能的逐步完善和提高， 使其应用范围也愈来愈广。
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
（2）间接测定法
第五章 结构动力试验
第5.3节 结构动力特性试验
本节目录
1 自由振动法 2 共振法
3 脉动法
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
结构动力特性是结构本身固有的动态参数，包括固有频率、振型 和阻尼系数等，它们取决于结构的组成形式、刚度、质量分布、 材料形式等，与外荷载无关。结构的动力特性是进行结构抗震计 算、解决结构共振问题的基本依据。 常用的结构动力特性试验方法有自由振动法、共振法和脉冲法等 。
n 1 时刻的振幅：
t n 1 x Ae n 1
(5.3)
则有：
t n x Ae ( t t ) T n n n 1 e e t n 1 x Ae n 1
(5.4)
两边取自然对数，则有：
x 2 T n ln ln e T 2 ' x n 1
x 1 2 ln 2 k x
x 1 lnn k x n k n k
n
(5.9)
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
常用方法： 1 突加荷载法 突加荷载法也称初速度加载法，原理是利用锤击或落重物的方法使结 构在瞬间受到冲击，产生一个初速度，使结构产生振动。 2 突然卸载法 突然卸载法也称为初位移加载法，如图5.2（a）所示在结构上拉一钢丝 绳，使结构产生人为的初始位移，然后突然释放，使结构在静力平衡位 置附近作自由振动。
第五章 结构动力试验
本章目录
5.1 概述
5.2 5.3 5.4 5.5
结构动荷载特性试验 结构动力特性试验 结构动力反应试验 结构风洞试验
建筑结构
实验和检测加固ຫໍສະໝຸດ 五章 结构动力试验第5.1节 概述
建筑结构在使用过程中除了承受静载作用外，还常常 承受各种动荷载的作用，如风荷载、地震作用、动力设 备对工业建筑的作用、冲击及爆炸荷载等。动荷载除了 增大结构受力外，还会引起结构的振动，甚至会引起结 构发生疲劳、共振破坏。为了确定动荷载的特性、结构 的动力特性、结构的动力反应以及结构的疲劳特性等， 常常需要进行结构动力试验。动力与静力试验明显的区 别在于荷载随时间连续变化、结构反应与自身动力特性 相关。
间接测定法是把要测定动力的设备安装在有足够弹性变形的专用结构上
（3）比较测定法 当振源是可以开启、停止的情况下，可以采用比较测定法。先开动振源，
记录结构的振动情况，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。由于激振器的作用力和频率已知，这样可求得振源的 特性。
建筑结构
实验和检测加固
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
第5.2节 结构动荷载特性试验
动荷载的特性：作用力、方向、频率和阻尼等参数。 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。 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。
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
（a）
（b）
图5.2 用张拉突卸法对结构施加冲击力荷载
1-结构物；2-钢拉杆；3-保护索；4-钢丝绳；5-铰车； 6-模型；7-钢丝；
8-滑轮；9-支架；10-重物；11-减振垫层
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
对于结构小模型可采用图5.2（b）的方法，通过悬挂的重物对模型 施加水平拉力，剪断钢丝绳产生突然卸荷，使结构产生振动。 优点：结构自振时荷载已不存在，重物本身对结构不会产生附加影
(5.5)
建筑结构
实验和检测加固
第五章 结构动力试验
阻尼比：
x 1 ln n 2 xn1
(5.6)
阻尼系数：
c 2 m
(5.7)
为了提高计算的精度，实际阻尼比计算取k个周期的衰减进行计算：
x 1 ln n 2 k xnk
(5.8)
对于实际测试曲线无零线的情形：
如果时程曲线上在
f
t
时间内包含若干个完整波形时，频率为：
1 T
(Hz)
(5.1)
由动力学可知，结构自由振动时，
t n (5.2) x Ae n
n
时刻的振幅：
式中：x
n
―
n
时刻的振动位移；
tn －振幅； Ae
建筑结构
实验和检测加固
－阻尼比； ―被测振动的圆频率。
第五章 结构动力试验