第六章--结构动载试验课件

第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 所谓动荷载，通俗地讲，即是随时间而变化所谓动荷载，通俗地讲，即是随时间而变化所谓动荷载，通俗地讲，即是随时间而变化所谓动荷载，通俗地讲，即是随时间而变化的荷载。如冲击荷载、随机荷载（如风荷载、地的荷载。如冲击荷载、随机荷载（如风荷载、地的荷载。如冲击荷载、随机荷载（如风荷载、地的荷载。如冲击荷载、随机荷载（如风荷载、地震荷载）等。震荷载）等。震荷载）等。震荷载）等。从动态的角度来讲，静荷载只是荷载随时间从动态的角度来讲，静荷载只是荷载随时间从动态的角度来讲，静荷载只是荷载随时间从动态的角度来讲，静荷载只是荷载随时间变化得十分缓慢以至它所产生的动力影响微乎其变化得十分缓慢以至它所产生的动力影响微乎其变化得十分缓慢以至它所产生的动力影响微乎其变化得十分缓慢以至它所产生的动力影响微乎其微的一种特殊形式而已。微的一种特殊形式而已。微的一种特殊形式而已。微的一种特殊形式而已。第六章 结构动载试验 所谓动荷载，通俗地讲，即是随时1 1第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 要寻求结构在任意动荷载作用下随时间而变化的响要寻求结构在任意动荷载作用下随时间而变化的响要寻求结构在任意动荷载作用下随时间而变化的响要寻求结构在任意动荷载作用下随时间而变化的响应：一是理论计算，二是试验测量。显然试验测量则是应：一是理论计算，二是试验测量。显然试验测量则是应：一是理论计算，二是试验测量。显然试验测量则是应：一是理论计算，二是试验测量。显然试验测量则是最为直接，最为接近于实际结果的有效方法。最为直接，最为接近于实际结果的有效方法。最为直接，最为接近于实际结果的有效方法。最为直接，最为接近于实际结果的有效方法。结构动力检测主要包括如下三方面的内容：结构动力检测主要包括如下三方面的内容：结构动力检测主要包括如下三方面的内容：结构动力检测主要包括如下三方面的内容：(1)(1)动荷载特性的测定；动荷载特性的测定；动荷载特性的测定；动荷载特性的测定；(2)(2)结构自振特性的测定；结构自振特性的测定；结构自振特性的测定；结构自振特性的测定；(3)(3)结构在动荷载作用下的动力反应的测定。结构在动荷载作用下的动力反应的测定。结构在动荷载作用下的动力反应的测定。结构在动荷载作用下的动力反应的测定。第六章 结构动载试验 要寻求结构在任意动荷载作2 2第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.2 6.2 动荷载特性的测定动荷载特性的测定动荷载特性的测定动荷载特性的测定 动荷载特点：动荷载特点：动荷载特点：动荷载特点：（1 1）它的大小、方向或位置随时间而改变；它的大小、方向或位置随时间而改变；它的大小、方向或位置随时间而改变；它的大小、方向或位置随时间而改变；（2 2）结构的动力反应与结构自振特性密切相关；）结构的动力反应与结构自振特性密切相关；）结构的动力反应与结构自振特性密切相关；）结构的动力反应与结构自振特性密切相关；（3 3）动荷载所产生的效应有时远大于相应的静力效应，）动荷载所产生的效应有时远大于相应的静力效应，）动荷载所产生的效应有时远大于相应的静力效应，）动荷载所产生的效应有时远大于相应的静力效应，甚至一个并不大的动荷载就能使结构造成严重的破坏。甚至一个并不大的动荷载就能使结构造成严重的破坏。甚至一个并不大的动荷载就能使结构造成严重的破坏。甚至一个并不大的动荷载就能使结构造成严重的破坏。动荷载特性包括：动荷载的作用力的大小、方向、动荷载特性包括：动荷载的作用力的大小、方向、动荷载特性包括：动荷载的作用力的大小、方向、动荷载特性包括：动荷载的作用力的大小、方向、频率及其作用规律等。频率及其作用规律等。频率及其作用规律等。频率及其作用规律等。第六章 结构动载试验6.2 动荷载特性的测定3 3第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.2.16.2.1常见振源的振动波形常见振源的振动波形常见振源的振动波形常见振源的振动波形 （a a a a）撞击型）撞击型）撞击型）撞击型振动振动振动振动 （b b b b）简谐振动振源）简谐振动振源）简谐振动振源）简谐振动振源 （c c c c）两个频率相）两个频率相）两个频率相）两个频率相差两倍的简谐振源引起的合成振动差两倍的简谐振源引起的合成振动差两倍的简谐振源引起的合成振动差两倍的简谐振源引起的合成振动 （d d d d）三个不同频率的三个不同频率的三个不同频率的三个不同频率的简谐振源引起的合成振动简谐振源引起的合成振动简谐振源引起的合成振动简谐振源引起的合成振动（e e e e）呈呈呈呈“拍振拍振拍振拍振”规律是由两个频规律是由两个频规律是由两个频规律是由两个频率相接近的简谐振源共同作用率相接近的简谐振源共同作用率相接近的简谐振源共同作用率相接近的简谐振源共同作用（f f f f）随机振动随机振动随机振动随机振动 第六章 结构动载试验6.2.1常见振源的振动波形4 4第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.2.2 6.2.2 动荷载特性的测定方法动荷载特性的测定方法动荷载特性的测定方法动荷载特性的测定方法 1 1 1 1 直接法直接法直接法直接法 (1)(1)对对对对于于于于往往往往复复复复式式式式运运运运动动动动部部部部件件件件所所所所产产产产生生生生的的的的惯惯惯惯性性性性力力力力（如如如如牛牛牛牛头头头头刨刨刨刨床床床床、曲曲曲曲柄柄柄柄连连连连杆杆杆杆机机机机械械械械等等等等）可可可可测测测测得得得得该该该该运运运运动动动动部部部部件件件件的的的的加加加加速速速速度度度度、惯惯惯惯性力、作用频率及作用规律等。性力、作用频率及作用规律等。性力、作用频率及作用规律等。性力、作用频率及作用规律等。第六章 结构动载试验6.2.2 动荷载特性的测定方法5 5第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 (2)(2)对于锚固在结构物上的动力设备，可以将加速度对于锚固在结构物上的动力设备，可以将加速度对于锚固在结构物上的动力设备，可以将加速度对于锚固在结构物上的动力设备，可以将加速度传感器直接固定在振动设备的振动体下方。使加速度传传感器直接固定在振动设备的振动体下方。使加速度传传感器直接固定在振动设备的振动体下方。使加速度传传感器直接固定在振动设备的振动体下方。使加速度传感器直接感受振动设备的动荷载，以测得其动荷载特性感器直接感受振动设备的动荷载，以测得其动荷载特性感器直接感受振动设备的动荷载，以测得其动荷载特性感器直接感受振动设备的动荷载，以测得其动荷载特性的相关参数。的相关参数。的相关参数。的相关参数。第六章 结构动载试验 (2)对于锚固在结构物上的6 6第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 (3)(3)当动荷载是一种冲击荷载，如气浪，气流等，可当动荷载是一种冲击荷载，如气浪，气流等，可当动荷载是一种冲击荷载，如气浪，气流等，可当动荷载是一种冲击荷载，如气浪，气流等，可让传感器直接感受冲击荷载，直接测得其动荷载特性的让传感器直接感受冲击荷载，直接测得其动荷载特性的让传感器直接感受冲击荷载，直接测得其动荷载特性的让传感器直接感受冲击荷载，直接测得其动荷载特性的相关参数。考虑到冲击荷载的相关参数。考虑到冲击荷载的相关参数。考虑到冲击荷载的相关参数。考虑到冲击荷载的冲击力，应注意其传感器要有冲击力，应注意其传感器要有冲击力，应注意其传感器要有冲击力，应注意其传感器要有足够的刚度，以免造成传感器足够的刚度，以免造成传感器足够的刚度，以免造成传感器足够的刚度，以免造成传感器的损坏或数据失效。的损坏或数据失效。的损坏或数据失效。的损坏或数据失效。第六章 结构动载试验 (3)当动荷载是一种冲击荷7 7第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 (4)(4)实测高层建筑的风压，则可在高层建筑物外墙表实测高层建筑的风压，则可在高层建筑物外墙表实测高层建筑的风压，则可在高层建筑物外墙表实测高层建筑的风压，则可在高层建筑物外墙表面安装风压盒来感受风荷载，从而测得风荷载特性的相面安装风压盒来感受风荷载，从而测得风荷载特性的相面安装风压盒来感受风荷载，从而测得风荷载特性的相面安装风压盒来感受风荷载，从而测得风荷载特性的相关参数。关参数。关参数。关参数。第六章 结构动载试验 (4)实测高层建筑的风压，8 8第六章第六章 结构动载试验结构动载试验2.2.比较法比较法比较法比较法 需要激振设备且被测振源是可以开启和关闭的。需要激振设备且被测振源是可以开启和关闭的。需要激振设备且被测振源是可以开启和关闭的。需要激振设备且被测振源是可以开启和关闭的。具体方法是：具体方法是：具体方法是：具体方法是：1 1）振源打开，记录下振动波形；）振源打开，记录下振动波形；）振源打开，记录下振动波形；）振源打开，记录下振动波形；2 2）关闭振源，打开激振设备，调节激振设备使之特性于前关闭振源，打开激振设备，调节激振设备使之特性于前关闭振源，打开激振设备，调节激振设备使之特性于前关闭振源，打开激振设备，调节激振设备使之特性于前相同。相同。相同。相同。第六章 结构动载试验2.比较法9 9第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.3 6.3 结构自振特性的测定结构自振特性的测定结构自振特性的测定结构自振特性的测定 结构自振特性主要包括三个参数：结构自振特性主要包括三个参数：结构自振特性主要包括三个参数：结构自振特性主要包括三个参数：（1 1）自振频率（或周期）；）自振频率（或周期）；）自振频率（或周期）；）自振频率（或周期）；（2 2）阻尼（阻尼比）；）阻尼（阻尼比）；）阻尼（阻尼比）；）阻尼（阻尼比）；（3 3）振型。）振型。）振型。）振型。结构自振特性是结构自身所固有的属性。它取决于结构自振特性是结构自身所固有的属性。它取决于结构自振特性是结构自身所固有的属性。它取决于结构自振特性是结构自身所固有的属性。它取决于结构的质量、刚度，仅与结构自身材料的组成有关，与结构的质量、刚度，仅与结构自身材料的组成有关，与结构的质量、刚度，仅与结构自身材料的组成有关，与结构的质量、刚度，仅与结构自身材料的组成有关，与外荷载无关。外荷载无关。外荷载无关。外荷载无关。第六章 结构动载试验6.3 结构自振特性的测定1010第六章第六章 结构动载试验结构动载试验实测结构自振特性的意义实测结构自振特性的意义实测结构自振特性的意义实测结构自振特性的意义：（1 1）设计受动力作用的结构物时，力图避开共振区，）设计受动力作用的结构物时，力图避开共振区，）设计受动力作用的结构物时，力图避开共振区，）设计受动力作用的结构物时，力图避开共振区，从而减少动力影响；从而减少动力影响；从而减少动力影响；从而减少动力影响；（2 2）如结构必须在共振区工作，则阻尼可以抑制动力）如结构必须在共振区工作，则阻尼可以抑制动力）如结构必须在共振区工作，则阻尼可以抑制动力）如结构必须在共振区工作，则阻尼可以抑制动力反应；反应；反应；反应；（3 3）当用振型分解法计算结构振动时，结构的自振特）当用振型分解法计算结构振动时，结构的自振特）当用振型分解法计算结构振动时，结构的自振特）当用振型分解法计算结构振动时，结构的自振特性必须预先确定。性必须预先确定。性必须预先确定。性必须预先确定。第六章 结构动载试验实测结构自振特性的意义：1111第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 此外，结构的自振特性特别是阻尼比是很难用计算此外，结构的自振特性特别是阻尼比是很难用计算此外，结构的自振特性特别是阻尼比是很难用计算此外，结构的自振特性特别是阻尼比是很难用计算方法确定的。方法确定的。方法确定的。方法确定的。结构的自振特性除与结构重量及其分布、主体结构的结构的自振特性除与结构重量及其分布、主体结构的结构的自振特性除与结构重量及其分布、主体结构的结构的自振特性除与结构重量及其分布、主体结构的刚度及其分布有关外，还与非承重构件及其与主体结构刚度及其分布有关外，还与非承重构件及其与主体结构刚度及其分布有关外，还与非承重构件及其与主体结构刚度及其分布有关外，还与非承重构件及其与主体结构的联结有关。的联结有关。的联结有关。的联结有关。以上这些都十分复杂。特别是有些计算简图是不明确以上这些都十分复杂。特别是有些计算简图是不明确以上这些都十分复杂。特别是有些计算简图是不明确以上这些都十分复杂。特别是有些计算简图是不明确的，只有在大量实测的基础上才能提出合理的计算假定、的，只有在大量实测的基础上才能提出合理的计算假定、的，只有在大量实测的基础上才能提出合理的计算假定、的，只有在大量实测的基础上才能提出合理的计算假定、计算简图及计算方法。计算简图及计算方法。计算简图及计算方法。计算简图及计算方法。为此，结构自振特性的实测是十分重要和有意义的。为此，结构自振特性的实测是十分重要和有意义的。为此，结构自振特性的实测是十分重要和有意义的。为此，结构自振特性的实测是十分重要和有意义的。第六章 结构动载试验 此外，结构的自振特性特别1212第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.3.16.3.1 自由振动法自由振动法自由振动法自由振动法 自由振动法即是借助于外荷载使结构产生一初位自由振动法即是借助于外荷载使结构产生一初位自由振动法即是借助于外荷载使结构产生一初位自由振动法即是借助于外荷载使结构产生一初位移（或初速度），使结构由于弹性而自由振动起来，由移（或初速度），使结构由于弹性而自由振动起来，由移（或初速度），使结构由于弹性而自由振动起来，由移（或初速度），使结构由于弹性而自由振动起来，由此记录振动波形，从而获得自振特性的方法。此记录振动波形，从而获得自振特性的方法。此记录振动波形，从而获得自振特性的方法。此记录振动波形，从而获得自振特性的方法。自由振动法又按如下分类：自由振动法又按如下分类：自由振动法又按如下分类：自由振动法又按如下分类：自由振动法自由振动法突然卸载法（初位移法）突然卸载法（初位移法）突然加载法（初速度法）突然加载法（初速度法）第六章 结构动载试验6.3.1 自由振动法自由振动法突然卸1313第六章第六章 结构动载试验结构动载试验1.1.突然卸载法突然卸载法突然卸载法突然卸载法 此法又称之为初位移法。它是先使结构产此法又称之为初位移法。它是先使结构产生一初始位移，然后突然卸载，利用结构的弹性生一初始位移，然后突然卸载，利用结构的弹性使其自由振动起来的方法。具体做法可有以下几使其自由振动起来的方法。具体做法可有以下几种。种。第六章 结构动载试验1.突然卸载法1414第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 (1)(1)开动绞盘，通过钢丝绳牵拉被测结构物使其产生开动绞盘，通过钢丝绳牵拉被测结构物使其产生开动绞盘，通过钢丝绳牵拉被测结构物使其产生开动绞盘，通过钢丝绳牵拉被测结构物使其产生一初位移，当拉力足够大时，脆性棒突然拉断，使其突一初位移，当拉力足够大时，脆性棒突然拉断，使其突一初位移，当拉力足够大时，脆性棒突然拉断，使其突一初位移，当拉力足够大时，脆性棒突然拉断，使其突然卸载，结构由于弹性而自由振动。然卸载，结构由于弹性而自由振动。然卸载，结构由于弹性而自由振动。然卸载，结构由于弹性而自由振动。第六章 结构动载试验 (1)开动绞盘，通过钢丝绳1515第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 (2)(2)对于小型构件，可采用剪断悬挂质量块的铅丝来对于小型构件，可采用剪断悬挂质量块的铅丝来对于小型构件，可采用剪断悬挂质量块的铅丝来对于小型构件，可采用剪断悬挂质量块的铅丝来突然卸载，使其自由振动起来。突然卸载，使其自由振动起来。突然卸载，使其自由振动起来。突然卸载，使其自由振动起来。第六章 结构动载试验 (2)对于小型构件，可采1616第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 (3)(3)在着力点上附加一脆性材料，用千斤顶施加一推在着力点上附加一脆性材料，用千斤顶施加一推在着力点上附加一脆性材料，用千斤顶施加一推在着力点上附加一脆性材料，用千斤顶施加一推力，当推力使结构达到一定位移时，脆性材料突然断开力，当推力使结构达到一定位移时，脆性材料突然断开力，当推力使结构达到一定位移时，脆性材料突然断开力，当推力使结构达到一定位移时，脆性材料突然断开而突然卸载，使结构自由振动起来。而突然卸载，使结构自由振动起来。而突然卸载，使结构自由振动起来。而突然卸载，使结构自由振动起来。第六章 结构动载试验 (3)在着力点上附加一脆性1717第六章第六章 结构动载试验结构动载试验2.突然加载法突然加载法 此法又称之为初速度法。它是对被测结构或此法又称之为初速度法。它是对被测结构或此法又称之为初速度法。它是对被测结构或此法又称之为初速度法。它是对被测结构或构件产生一冲击力，使得结构或构件获得一初速构件产生一冲击力，使得结构或构件获得一初速构件产生一冲击力，使得结构或构件获得一初速构件产生一冲击力，使得结构或构件获得一初速度而自由振动起来。度而自由振动起来。度而自由振动起来。度而自由振动起来。此种方法可分为垂直加载和水平加载两种。此种方法可分为垂直加载和水平加载两种。此种方法可分为垂直加载和水平加载两种。此种方法可分为垂直加载和水平加载两种。第六章 结构动载试验2.突然加载法1818第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 1 1）.垂直加载垂直加载垂直加载垂直加载：它是将重物提升到一定的高度，使：它是将重物提升到一定的高度，使：它是将重物提升到一定的高度，使：它是将重物提升到一定的高度，使重物自由落体到结构或构件上，使结构或构件产生一初重物自由落体到结构或构件上，使结构或构件产生一初重物自由落体到结构或构件上，使结构或构件产生一初重物自由落体到结构或构件上，使结构或构件产生一初速度而自由振动起来速度而自由振动起来速度而自由振动起来速度而自由振动起来。一般要求重物的重量不大于试件跨度内结构或构件一般要求重物的重量不大于试件跨度内结构或构件一般要求重物的重量不大于试件跨度内结构或构件一般要求重物的重量不大于试件跨度内结构或构件自重的自重的自重的自重的0.1%0.1%0.1%0.1%。此外，。此外，。此外，。此外，为防止重物在结构为防止重物在结构为防止重物在结构为防止重物在结构上弹跳或砸损结构上弹跳或砸损结构上弹跳或砸损结构上弹跳或砸损结构或构件，须在结构或构件，须在结构或构件，须在结构或构件，须在结构或构件上垫上或构件上垫上或构件上垫上或构件上垫上1010101020202020砂垫层。并规定落物高度在砂垫层。并规定落物高度在砂垫层。并规定落物高度在砂垫层。并规定落物高度在2.5m2.5m2.5m2.5m以下以下以下以下 。第六章 结构动载试验 1）.垂直加载：它是将重1919第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 2 2）.水平加载水平加载水平加载水平加载：它是针对质量和刚度不是很大的：它是针对质量和刚度不是很大的：它是针对质量和刚度不是很大的：它是针对质量和刚度不是很大的结构或构件而言的，可采用撞击的方法，使其自由振结构或构件而言的，可采用撞击的方法，使其自由振结构或构件而言的，可采用撞击的方法，使其自由振结构或构件而言的，可采用撞击的方法，使其自由振动起来。动起来。动起来。动起来。第六章 结构动载试验 2）.水平加载：它是针对2020第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 最简单的方法即是利用重锤敲击结构或构件。如空最简单的方法即是利用重锤敲击结构或构件。如空最简单的方法即是利用重锤敲击结构或构件。如空最简单的方法即是利用重锤敲击结构或构件。如空框架，则可在其顶部敲击框架，则可在其顶部敲击框架，则可在其顶部敲击框架，则可在其顶部敲击 。第六章 结构动载试验 最简单的方法即是利用重锤敲2121第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 另外，利用反冲击振器的反冲击振器法，也属于初另外，利用反冲击振器的反冲击振器法，也属于初另外，利用反冲击振器的反冲击振器法，也属于初另外，利用反冲击振器的反冲击振器法，也属于初速度法。它的原理类似于火箭。其底座与结构锚固在一速度法。它的原理类似于火箭。其底座与结构锚固在一速度法。它的原理类似于火箭。其底座与结构锚固在一速度法。它的原理类似于火箭。其底座与结构锚固在一起。当火药燃烧后，气体膨胀，高压气体由喷嘴高速喷起。当火药燃烧后，气体膨胀，高压气体由喷嘴高速喷起。当火药燃烧后，气体膨胀，高压气体由喷嘴高速喷起。当火药燃烧后，气体膨胀，高压气体由喷嘴高速喷出。其反作用力给结构一个反冲击力，使结构产生一初出。其反作用力给结构一个反冲击力，使结构产生一初出。其反作用力给结构一个反冲击力，使结构产生一初出。其反作用力给结构一个反冲击力，使结构产生一初速度，而自由振动速度，而自由振动速度，而自由振动速度，而自由振动起来起来起来起来。第六章 结构动载试验 另外，利用反冲击振器的反冲2222第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.3.2 6.3.2 共振法共振法共振法共振法 共振法即是利用激振设备，对被测结构物共振法即是利用激振设备，对被测结构物共振法即是利用激振设备，对被测结构物共振法即是利用激振设备，对被测结构物施加一简谐荷载使结构产生一恒定的强迫简谐振施加一简谐荷载使结构产生一恒定的强迫简谐振施加一简谐荷载使结构产生一恒定的强迫简谐振施加一简谐荷载使结构产生一恒定的强迫简谐振动，借助共振原理来得到结构自振特性的方法。动，借助共振原理来得到结构自振特性的方法。动，借助共振原理来得到结构自振特性的方法。动，借助共振原理来得到结构自振特性的方法。此激振设备即电磁式激振器和偏心式激此激振设备即电磁式激振器和偏心式激此激振设备即电磁式激振器和偏心式激此激振设备即电磁式激振器和偏心式激振器。由激振器对结构物施加简谐荷载，并作由振器。由激振器对结构物施加简谐荷载，并作由振器。由激振器对结构物施加简谐荷载，并作由振器。由激振器对结构物施加简谐荷载，并作由低到高的频率扫描，使被测结构物发生周期性强低到高的频率扫描，使被测结构物发生周期性强低到高的频率扫描，使被测结构物发生周期性强低到高的频率扫描，使被测结构物发生周期性强迫振动。当激振器的频率由低到高（扫频）时，迫振动。当激振器的频率由低到高（扫频）时，迫振动。当激振器的频率由低到高（扫频）时，迫振动。当激振器的频率由低到高（扫频）时，即可得到一组振幅与频率的关系曲线。即可得到一组振幅与频率的关系曲线。即可得到一组振幅与频率的关系曲线。即可得到一组振幅与频率的关系曲线。第六章 结构动载试验6.3.2 共振法2323第六章第六章 结构动载试验结构动载试验第六章 结构动载试验2424第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.3.3 6.3.3 脉动法脉动法脉动法脉动法 脉动法它是借助于被测结构物周围的不规则微弱干脉动法它是借助于被测结构物周围的不规则微弱干脉动法它是借助于被测结构物周围的不规则微弱干脉动法它是借助于被测结构物周围的不规则微弱干扰（如地面脉动、空气流动等）所产生的微弱振动作为扰（如地面脉动、空气流动等）所产生的微弱振动作为扰（如地面脉动、空气流动等）所产生的微弱振动作为扰（如地面脉动、空气流动等）所产生的微弱振动作为激励来测定结构物自振特性的方法。激励来测定结构物自振特性的方法。激励来测定结构物自振特性的方法。激励来测定结构物自振特性的方法。脉动法它有个重要的性质即是能明显反应被测结构脉动法它有个重要的性质即是能明显反应被测结构脉动法它有个重要的性质即是能明显反应被测结构脉动法它有个重要的性质即是能明显反应被测结构物的固有频率，甚至高次频率。它的最大优点是简便易物的固有频率，甚至高次频率。它的最大优点是简便易物的固有频率，甚至高次频率。它的最大优点是简便易物的固有频率，甚至高次频率。它的最大优点是简便易行，不用专门的激振设备且不受结构物大小的限制。因行，不用专门的激振设备且不受结构物大小的限制。因行，不用专门的激振设备且不受结构物大小的限制。因行，不用专门的激振设备且不受结构物大小的限制。因而得到了广泛的应用。而得到了广泛的应用。而得到了广泛的应用。而得到了广泛的应用。第六章 结构动载试验6.3.3 脉动法2525第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 通常在用脉动法实测结构自振特性时，其记通常在用脉动法实测结构自振特性时，其记通常在用脉动法实测结构自振特性时，其记通常在用脉动法实测结构自振特性时，其记录的时间需长些，直至出现录的时间需长些，直至出现录的时间需长些，直至出现录的时间需长些，直至出现“拍振拍振拍振拍振”波形。此外，波形。此外，波形。此外，波形。此外，记录的时间长，测得高次频率的几率也就会大些。记录的时间长，测得高次频率的几率也就会大些。记录的时间长，测得高次频率的几率也就会大些。记录的时间长，测得高次频率的几率也就会大些。出现出现出现出现“拍振拍振拍振拍振”才表明出现与被测结构物相同或相才表明出现与被测结构物相同或相才表明出现与被测结构物相同或相才表明出现与被测结构物相同或相接近的脉动频率。因此接近的脉动频率。因此接近的脉动频率。因此接近的脉动频率。因此“拍振拍振拍振拍振”是脉动实测波形是脉动实测波形是脉动实测波形是脉动实测波形中的一个重要的标志。中的一个重要的标志。中的一个重要的标志。中的一个重要的标志。第六章 结构动载试验 通常在用脉动法实测结构自2626第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.3.4 6.3.4 振型实测的特殊要求振型实测的特殊要求振型实测的特殊要求振型实测的特殊要求 1 1 拾振器的标定拾振器的标定拾振器的标定拾振器的标定 振型是结构物按其自身的某阶自振频率振动的各质振型是结构物按其自身的某阶自振频率振动的各质振型是结构物按其自身的某阶自振频率振动的各质振型是结构物按其自身的某阶自振频率振动的各质点振动幅值相对大小的形状。点振动幅值相对大小的形状。点振动幅值相对大小的形状。点振动幅值相对大小的形状。因此，即要使得各质点（测点）上的拾振器的灵敏因此，即要使得各质点（测点）上的拾振器的灵敏因此，即要使得各质点（测点）上的拾振器的灵敏因此，即要使得各质点（测点）上的拾振器的灵敏度相同。度相同。度相同。度相同。由于拾振器生产厂家不可能将每个拾振器做成完由于拾振器生产厂家不可能将每个拾振器做成完由于拾振器生产厂家不可能将每个拾振器做成完由于拾振器生产厂家不可能将每个拾振器做成完全一样的灵敏度。故在实测振型时必须对各拾振器进行全一样的灵敏度。故在实测振型时必须对各拾振器进行全一样的灵敏度。故在实测振型时必须对各拾振器进行全一样的灵敏度。故在实测振型时必须对各拾振器进行标定。标定。标定。标定。第六章 结构动载试验6.3.4 振型实测的特殊要求2727第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 具体的标定方法是：具体的标定方法是：具体的标定方法是：具体的标定方法是：（1 1）将若干个拾振器集中放在）将若干个拾振器集中放在）将若干个拾振器集中放在）将若干个拾振器集中放在 同一质点上。同一质点上。同一质点上。同一质点上。（2 2）用脉动法测得各拾振器在）用脉动法测得各拾振器在）用脉动法测得各拾振器在）用脉动法测得各拾振器在 同一时刻同一位置上的振同一时刻同一位置上的振同一时刻同一位置上的振同一时刻同一位置上的振 动幅值。动幅值。动幅值。动幅值。（3 3）记录下此时各拾振器的幅）记录下此时各拾振器的幅）记录下此时各拾振器的幅）记录下此时各拾振器的幅 值，以便数据处理时进行值，以便数据处理时进行值，以便数据处理时进行值，以便数据处理时进行 修正。修正。修正。修正。第六章 结构动载试验 具体的标定方法是：2828第六章第六章 结构动载试验结构动载试验2.2.横向、纵向及空间振型横向、纵向及空间振型横向、纵向及空间振型横向、纵向及空间振型 由于实际的结构物是三维的。因此应分为横向、纵由于实际的结构物是三维的。因此应分为横向、纵由于实际的结构物是三维的。因此应分为横向、纵由于实际的结构物是三维的。因此应分为横向、纵向及空间振型。向及空间振型。向及空间振型。向及空间振型。结构物振动的纵向横向及空间振型拾振器的安放：结构物振动的纵向横向及空间振型拾振器的安放：结构物振动的纵向横向及空间振型拾振器的安放：结构物振动的纵向横向及空间振型拾振器的安放：第六章 结构动载试验2.横向、纵向及空间振型2929第六章第六章 结构动载试验结构动载试验3 3 拾振器数量少于实际测点数时的处理方法拾振器数量少于实际测点数时的处理方法拾振器数量少于实际测点数时的处理方法拾振器数量少于实际测点数时的处理方法 当拾振器数量少于实际测点数时，可以采取当拾振器数量少于实际测点数时，可以采取当拾振器数量少于实际测点数时，可以采取当拾振器数量少于实际测点数时，可以采取分几次测量的方法（但至少要有两台拾振器）。分几次测量的方法（但至少要有两台拾振器）。分几次测量的方法（但至少要有两台拾振器）。分几次测量的方法（但至少要有两台拾振器）。其具体方法是：将某一质点的拾振器固定不其具体方法是：将某一质点的拾振器固定不其具体方法是：将某一质点的拾振器固定不其具体方法是：将某一质点的拾振器固定不动，动，动，动，而使其它质点的拾振器于该台固定不动的拾而使其它质点的拾振器于该台固定不动的拾而使其它质点的拾振器于该台固定不动的拾而使其它质点的拾振器于该台固定不动的拾振器在同一时刻测定其振动幅值。即得到各质点振器在同一时刻测定其振动幅值。即得到各质点振器在同一时刻测定其振动幅值。即得到各质点振器在同一时刻测定其振动幅值。即得到各质点幅值之比的振型图。幅值之比的振型图。幅值之比的振型图。幅值之比的振型图。第六章 结构动载试验3 拾振器数量少于实际测点数时的处理方3030第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.4 6.4 结构动力反应的测定结构动力反应的测定结构动力反应的测定结构动力反应的测定 6.4.16.4.1结构特定部位动参数的测定结构特定部位动参数的测定结构特定部位动参数的测定结构特定部位动参数的测定 在结构动力反应试验中，经常会遇到对结构物在动在结构动力反应试验中，经常会遇到对结构物在动在结构动力反应试验中，经常会遇到对结构物在动在结构动力反应试验中，经常会遇到对结构物在动荷载作用下特定部位的动参数测定如：振幅、频率、速荷载作用下特定部位的动参数测定如：振幅、频率、速荷载作用下特定部位的动参数测定如：振幅、频率、速荷载作用下特定部位的动参数测定如：振幅、频率、速度、加速度、动应变、动应力等等的测定。度、加速度、动应变、动应力等等的测定。度、加速度、动应变、动应力等等的测定。度、加速度、动应变、动应力等等的测定。所谓特定部位如：校核结构强度时，结构最薄弱最所谓特定部位如：校核结构强度时，结构最薄弱最所谓特定部位如：校核结构强度时，结构最薄弱最所谓特定部位如：校核结构强度时，结构最薄弱最危险的部位即为特定部位。又如：测定振动对精密仪器危险的部位即为特定部位。又如：测定振动对精密仪器危险的部位即为特定部位。又如：测定振动对精密仪器危险的部位即为特定部位。又如：测定振动对精密仪器的影响时，精密仪器的基座处即为特定部位。的影响时，精密仪器的基座处即为特定部位。的影响时，精密仪器的基座处即为特定部位。的影响时，精密仪器的基座处即为特定部位。第六章 结构动载试验6.4 结构动力反应的测定3131第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.4.2 6.4.2 结构振动变位图测定结构振动变位图测定结构振动变位图测定结构振动变位图测定 为全面了解结构在动为全面了解结构在动为全面了解结构在动为全面了解结构在动荷载下的振动状态，需要荷载下的振动状态，需要荷载下的振动状态，需要荷载下的振动状态，需要测定结构的振动变位图来测定结构的振动变位图来测定结构的振动变位图来测定结构的振动变位图来进行描述。它是结构在动进行描述。它是结构在动进行描述。它是结构在动进行描述。它是结构在动荷载作用下的变形曲线。荷载作用下的变形曲线。荷载作用下的变形曲线。荷载作用下的变形曲线。测定结构变位图的方测定结构变位图的方测定结构变位图的方测定结构变位图的方法与测定结构振型的方法法与测定结构振型的方法法与测定结构振型的方法法与测定结构振型的方法类似。如图所示。类似。如图所示。类似。如图所示。类似。如图所示。第六章 结构动载试验6.4.2 结构振动变位图测定3232第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.4.3 结构动力系数测定结构动力系数测定 由于承受移动荷载（如：桁车、列车、汽车等）的由于承受移动荷载（如：桁车、列车、汽车等）的由于承受移动荷载（如：桁车、列车、汽车等）的由于承受移动荷载（如：桁车、列车、汽车等）的结构其计算方法是以静力计算为基础的，因而需要在静结构其计算方法是以静力计算为基础的，因而需要在静结构其计算方法是以静力计算为基础的，因而需要在静结构其计算方法是以静力计算为基础的，因而需要在静力计算中引入动力系数来判断结构的工作情况。力计算中引入动力系数来判断结构的工作情况。力计算中引入动力系数来判断结构的工作情况。力计算中引入动力系数来判断结构的工作情况。动力系数的定义为：在移动荷载作用下，结构动动力系数的定义为：在移动荷载作用下，结构动动力系数的定义为：在移动荷载作用下，结构动动力系数的定义为：在移动荷载作用下，结构动挠度与静挠度之比。挠度与静挠度之比。挠度与静挠度之比。挠度与静挠度之比。第六章 结构动载试验6.4.3 结构动力系数测定3333第六章第六章 结构动载试验结构动载试验动力系数的测定方法动力系数的测定方法动力系数的测定方法动力系数的测定方法：将挠度计（可采用应变式机电百表）布置在被测结将挠度计（可采用应变式机电百表）布置在被测结将挠度计（可采用应变式机电百表）布置在被测结将挠度计（可采用应变式机电百表）布置在被测结构的跨中处，并连线于动态电阻应变仪及记录仪。构的跨中处，并连线于动态电阻应变仪及记录仪。构的跨中处，并连线于动态电阻应变仪及记录仪。构的跨中处，并连线于动态电阻应变仪及记录仪。机电百分表机电百分表机电百分表机电百分表 动态电阻应变仪动态电阻应变仪记录仪记录仪第六章 结构动载试验动力系数的测定方法：动态电阻应变仪记录3434第六章第六章 结构动载试验结构动载试验（1 1）有轨的：）有轨的：）有轨的：）有轨的：先使移动荷载慢行通过，先使移动荷载慢行通过，先使移动荷载慢行通过，先使移动荷载慢行通过，测量被测结构跨中测量被测结构跨中测量被测结构跨中测量被测结构跨中 然后按检测要求的不同种速度通然后按检测要求的不同种速度通然后按检测要求的不同种速度通然后按检测要求的不同种速度通过，测量被测结构各种速度通过时的跨中过，测量被测结构各种速度通过时的跨中过，测量被测结构各种速度通过时的跨中过，测量被测结构各种速度通过时的跨中 第六章 结构动载试验（1）有轨的：先使移动荷载慢行通3535第六章第六章 结构动载试验结构动载试验（2 2）无轨的：由于两次行驶的线路不可能完全一样，可）无轨的：由于两次行驶的线路不可能完全一样，可将移动荷载按检测要求的不同种速度一次性通过，取振将移动荷载按检测要求的不同种速度一次性通过，取振动挠度曲线之中线最大值为动挠度曲线之中线最大值为 ，振动挠度曲线最大值为，振动挠度曲线最大值为 。第六章 结构动载试验（2）无轨的：由于两次行驶的线路不可能3636第六章第六章 结构动载试验结构动载试验6.5 6.5 检测数据处理检测数据处理检测数据处理检测数据处理6.5.1 6.5.1 结构自振特性各参数的数据处理结构自振特性各参数的数据处理结构自振特性各参数的数据处理结构自振特性各参数的数据处理结构自振特性主要包括三个参数：自振频率、阻尼、振结构自振特性主要包括三个参数：自振频率、阻尼、振结构自振特性主要包括三个参数：自振频率、阻尼、振结构自振特性主要包括三个参数：自振频率、阻尼、振型。型。型。型。1 1自振频率求取自振频率求取自振频率求取自振频率求取结构的自振频率又称之为结构的固有频率。它是结构自结构的自振频率又称之为结构的固有频率。它是结构自结构的自振频率又称之为结构的固有频率。它是结构自结构的自振频率又称之为结构的固有频率。它是结构自身所固有的频率。频率即单位时间里周期的个数：身所固有的频率。频率即单位时间里周期的个数：身所固有的频率。频率即单位时间里周期的个数：身所固有的频率。频率即单位时间里周期的个数：第六章 结构动载试验6.5 检测数据处理3737第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 为了便于计算，在实测波形中选取恰好是为了便于计算，在实测波形中选取恰好是为了便于计算，在实测波形中选取恰好是为了便于计算，在实测波形中选取恰好是 个周个周个周个周期。期。期。期。由于由于由于由于 个周期所对应的时间不一定恰好是某个时间个周期所对应的时间不一定恰好是某个时间个周期所对应的时间不一定恰好是某个时间个周期所对应的时间不一定恰好是某个时间单位的整倍数，这时可引入速度单位的整倍数，这时可引入速度单位的整倍数，这时可引入速度单位的整倍数，这时可引入速度 ，则有：，则有：，则有：，则有：第六章 结构动载试验 为了便于计算，在实测波形3838第六章第六章 结构动载试验结构动载试验2 2 阻尼比求取阻尼比求取阻尼比求取阻尼比求取1 1）.采用自由振动法求阻尼采用自由振动法求阻尼采用自由振动法求阻尼采用自由振动法求阻尼 由于结构物的自由振动是有阻尼的衰减振动，由于结构物的自由振动是有阻尼的衰减振动，由于结构物的自由振动是有阻尼的衰减振动，由于结构物的自由振动是有阻尼的衰减振动，且是以对数形式衰减，其衰减系数称之为且是以对数形式衰减，其衰减系数称之为且是以对数形式衰减，其衰减系数称之为且是以对数形式衰减，其衰减系数称之为对数衰减率，它定义为：对数衰减率，它定义为：对数衰减率，它定义为：对数衰减率，它定义为：第六章 结构动载试验2 阻尼比求取3939第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 由于要有足够的样本，故要拓宽到由于要有足够的样本，故要拓宽到由于要有足够的样本，故要拓宽到由于要有足够的样本，故要拓宽到 。故作如下。故作如下。故作如下。故作如下变换：变换：变换：变换：两边取对数两边取对数两边取对数两边取对数:则：则：则：则：第六章 结构动载试验 由于要有足够的样本，故要4040第六章第六章 结构动载试验结构动载试验依据粘滞理论，如图所示单自由度体系振动时程曲线：依据粘滞理论，如图所示单自由度体系振动时程曲线：依据粘滞理论，如图所示单自由度体系振动时程曲线：依据粘滞理论，如图所示单自由度体系振动时程曲线：两相邻振幅之比为：两相邻振幅之比为：两相邻振幅之比为：两相邻振幅之比为：第六章 结构动载试验依据粘滞理论，如图所示单自由度体系振动4141第六章第六章 结构动载试验结构动载试验两边取对数则有：两边取对数则有：两边取对数则有：两边取对数则有：在此考虑结构为有阻尼的振动周期则有：在此考虑结构为有阻尼的振动周期则有：在此考虑结构为有阻尼的振动周期则有：在此考虑结构为有阻尼的振动周期则有：而在通常情况下，而在通常情况下，而在通常情况下，而在通常情况下，由于：由于：由于：由于：如果如果如果如果 ：则则则则 ：故有故有故有故有 ：为结构自振圆频率为结构自振圆频率为结构自振圆频率为结构自振圆频率 ；为有阻尼的结构圆频率。为有阻尼的结构圆频率。为有阻尼的结构圆频率。为有阻尼的结构圆频率。第六章 结构动载试验两边取对数则有：4242第六章第六章 结构动载试验结构动载试验2 2）.采用共振法求阻尼采用共振法求阻尼采用共振法求阻尼采用共振法求阻尼 由结构动力学可知：有阻尼的单自由度体系在简谐荷由结构动力学可知：有阻尼的单自由度体系在简谐荷由结构动力学可知：有阻尼的单自由度体系在简谐荷由结构动力学可知：有阻尼的单自由度体系在简谐荷载作用下的动力放大系数为：载作用下的动力放大系数为：载作用下的动力放大系数为：载作用下的动力放大系数为：式中：式中：式中：式中：为频率比。其中，为频率比。其中，为频率比。其中，为频率比。其中，为简谐荷载（激振为简谐荷载（激振为简谐荷载（激振为简谐荷载（激振荷载）的圆频率；荷载）的圆频率；荷载）的圆频率；荷载）的圆频率；为被测结构的自振圆频率。为被测结构的自振圆频率。为被测结构的自振圆频率。为被测结构的自振圆频率。第六章 结构动载试验2）.采用共振法求阻尼4343第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 在如图的动力放大系数在如图的动力放大系数在如图的动力放大系数在如图的动力放大系数 与激振频率与激振频率与激振频率与激振频率 的关系曲的关系曲的关系曲的关系曲线（共振曲线）上，共线（共振曲线）上，共线（共振曲线）上，共线（共振曲线）上，共 振峰所对应的频率即是被测结构振峰所对应的频率即是被测结构振峰所对应的频率即是被测结构振峰所对应的频率即是被测结构的自振频率。在共振曲线上作一直线的自振频率。在共振曲线上作一直线的自振频率。在共振曲线上作一直线的自振频率。在共振曲线上作一直线 与与与与共振曲线相交，即将共振曲线相交，即将共振曲线相交，即将共振曲线相交，即将 代入代入代入代入 以上方程。以上方程。以上方程。以上方程。第六章 结构动载试验 在如图的动力放大系数 4444第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 第六章 结构动载试验 4545第六章第六章 结构动载试验结构动载试验则有：则有：则有：则有：；。将两者相减则有：将两者相减则有：将两者相减则有：将两者相减则有：故有：故有：故有：故有：第六章 结构动载试验则有：4646第六章第六章 结构动载试验结构动载试验 在采用共振法对结构激振，施加简谐荷载时，结构在在采用共振法对结构激振，施加简谐荷载时，结构在在采用共振法对结构激振，施加简谐荷载时，结构在在采用共振法对结构激振，施加简谐荷载时，结构在不同频率荷载作用下它的共振曲线的幅值：不同频率荷载作用下它的共振曲线的幅值：不同频率荷载作用下它的共振曲线的幅值：不同频率荷载作用下它的共振曲线的幅值：式中：式中：式中：式中：为激振力；为激振力；为激振力；为激振力；为在单位荷载作用下且在此荷载为在单位荷载作用下且在此荷载为在单位荷载作用下且在此荷载为在单位荷载作用下且在此荷载作用方向上的结构位移。作用方向上的结构位移。作用方向上的结构位移。作用方向上的结构位移。如果激振力为一常量，则实测共振曲线的纵轴幅值与如果激振力为一常量，则实测共振曲线的纵轴幅值与如果激振力为一常量，则实测共振曲线的纵轴幅值与如果激振力为一常量，则实测共振曲线的纵轴幅值与动力放大系数呈比例关系。故以上的阻尼算式在实测共动力放大系数呈比例关系。故以上的阻尼算式在实测共动力放大系数呈比例关系。故以上的阻尼算式在实测共动力放大系数呈比例关系。故以上的阻尼算式在实测共振曲线上同样适用。振曲线上同样适用。振曲线上同样适用。振曲线上同样适用。第六章 结构动载试验 在采用共振法对结构激振，施4747第六章第六章 结构动载试验结构动载试验注：注：偏心式激振设备不同的数据处理方法偏心式激振设备不同的数据处理方法偏心式激振设备不同的数据处理方法偏心式激振设备不同的数据处理方法对于偏心式激振器对于偏心式激振器对于偏心式激振器对于偏心式激振器 ：由上可知：偏心式激振设备能够引起结构幅值增大，除了由上可知：偏心式激振设备能够引起结构幅值增大，除了由上可知：偏心式激振设备能够引起结构幅值增大，除了由上可知：偏心式激振设备能够引起结构幅值增大，除了“共振共振共振共振”外还有一种可能的原因即是激振力变大。外还有一种可能的原因即是激振力变大。外还有一种可能的原因即是激振力变大。外还有一种可能的原因即是激振力变大。为此，要使激振力为一常量为此，要使激振力为一常量为此，要使激振力为一常量为此，要使激振力为一常量让：让：让：让：以以以以 为纵坐标。为纵坐标。为纵坐标。为纵坐标。第六章 结构动载试验注：偏心式激振设备不同的数据处理方法4848第六章第六章 结构动载试验结构动载试验电磁式激振器：电磁式激振器：电磁式激振器：电磁式激振器：电磁式激振器的激振力被控制在一个带宽里，因而，它电磁式激振器的激振力被控制在一个带宽里，因而，它电磁式激振器的激振力被控制在一个带宽里，因而，它电磁式激振器的激振力被控制在一个带宽里，因而，它不需做处理不需做处理不需做处理不需做处理 。第六章 结构动载试验电磁式激振器：4949第六章第六章 结构动载试验结构动载试验3 3 振型求取振型求取振型求取振型求取 可依实测波形，在同一时刻量取每一测点的振动幅可依实测波形，在同一时刻量取每一测点的振动幅可依实测波形，在同一时刻量取每一测点的振动幅可依实测波形，在同一时刻量取每一测点的振动幅值。令某一测点的幅值为值。令某一测点的幅值为值。令某一测点的幅值为值。令某一测点的幅值为1 1，按此比例作图即可。，按此比例作图即可。，按此比例作图即可。，按此比例作图即可。第六章 结构动载试验3 振型求取5050