5-2 结构动力特性的测试 一、自由振动法 二、共振法 三、脉动法.ppt

§5-2 结构动力特性的测试 结构的固有频率及相应的振型虽然可由结构动力学原理计算得到，但由于实际结构物的组成和材料性质等因素，经过简化计算得出的理论值误差较大，而阻尼系数目前还没有它的理论计算方法，因此，用试验方法来求结构的动力特性是非常重要的。 要测结构的动力特性，就要设法激励结构使结构产生振动，然后，根据测振仪器系统记录的振动波形图分析计算得出结构的动力特性。 根据不同的激励方法，结构动力特性的试验测定大体可分为自由振动法、共振法和脉动法三种。 一、自由振动法 （一）激励方法 1.突加荷载法 如图5-10，将重物提升到某一高度，通过脱钩装置或割断绳索使其在某一瞬间作到结构上引起振动，其优点是较小的荷载产生较大的振幅。缺点是加上去的重物要附在结构上一起振动，对结构产生一定的影响，同时重物下落时的撞击也会引起结构的局部破坏。 2.突卸荷载法 如图5-11，借助外力使结构产生一定的初位移，然后突然卸去荷载，利用结构的弹性使其产生自由振动。突卸荷载不会对结构造成附加影响，但要较大的荷载才能产生较大的振幅。 一、自由振动法 一、自由振动法 （二）资料整理 1.基频 从实测的自由振动记录图上，如图5-12，取若干个波的总时间除以波数得出平均数作为基本周期，其倒数即为基本频率。 图5-12 自由振动时间历程曲线 一、自由振动法 2．阻尼计算 建筑物的阻尼特性用对数衰减率或临界阻尼比来表示。 （1）对数衰减率 根据动力学公式，在有阻尼的自由振动中，对数衰减率为 　　　　　　　 　　　（5-13） 式中：　　　――第n个波的振幅 　　　　　　――第n+1个波的振幅　　　　 一、自由振动法 由于实测得到的振动记录图一般没有零线，所以在测量阻尼时采用从峰－峰的量法，如图5-12，实际中，常采用平均对数衰减率。量取相隔k个周期的峰－峰值　、　　，则 　 （5-14） （2）临界阻尼比 　　　　　　　　　　　　（5-15） 二、共振法 （一）激励方法 共振法是利用专门的激振器，对结构施加简谐动荷载，使结构产生恒定的强迫简谐振动，借助共振现象来观察结构的自振性质的试验分析方法称为共振法。 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、共振法 （二）资料整理 （1）结构的固有频率测定 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。 二、共振法 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5-13，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。 二、共振法 （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5-14。 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 二、共振法 （5-16） 4.阻尼系数 （5-17） 5.临界阻尼比为 （5-18） 二、共振法 （3）振型 结构按某一固有频率作振动时形成的弹性曲线，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。 注意：绘制振型曲线时要根据相位，规定位移的正负值。 图5-15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。 二、共振法 三、脉动法 脉动法通常用于测量整体建筑物的动力特性，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”来确定建筑物的动力特性。脉动信号极其微弱，一般只有几微米到几百微米。 （一）原理 　脉动是不规则的，但当脉动的卓越频率接近（或等于）结构的固有频率时，结构会产生“拍振”或“共振”，此时，脉动记录光点振幅大，波形光滑，而且这样的情形总是多次重复的。 注意：观测时，应避