結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)4.1概述爆炸或沖擊荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)—地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)試驗(yàn)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)與靜載試驗(yàn)的區(qū)別：在動(dòng)載試驗(yàn)中，施加在結(jié)構(gòu)上的荷載隨時(shí)間連續(xù)變化結(jié)構(gòu)在動(dòng)載試驗(yàn)作用下的反應(yīng)與結(jié)構(gòu)自身的動(dòng)力特性密切相關(guān)在動(dòng)力條件下，結(jié)構(gòu)的承載能力和使用性能的要求發(fā)生變化沖擊和爆炸作用下，結(jié)構(gòu)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到其極限承載力4.2結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)的儀器儀表一、引言在結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)反應(yīng)的基本變量為動(dòng)位移、速度、加速度和動(dòng)應(yīng)變。二、動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試的基本概念動(dòng)態(tài)信號(hào)量測(cè)系統(tǒng)的組成：示波器數(shù)據(jù)處理儀器動(dòng)態(tài)信號(hào)傳感器信號(hào)放大器記錄儀器傳感器傳感器濾波器濾波器示波器數(shù)字信號(hào)處理器動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)和性能參數(shù)與靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的差別：

1、與頻率相關(guān)的特性

2、信號(hào)的濾波和衰減

3、信號(hào)放大和衰減的表示方法

4、動(dòng)測(cè)儀器的輸入輸出和阻抗匹配

5、絕對(duì)振動(dòng)測(cè)量和相對(duì)振動(dòng)測(cè)量的概念

6、測(cè)量?jī)x器的分辨率三、結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)中的傳感器慣性式傳感器電動(dòng)式傳感器壓電式傳感器其他傳感器電阻式加速度傳感器電渦流位移傳感器新型加速度傳感器四、結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)加載設(shè)備與加載方法結(jié)構(gòu)動(dòng)載試驗(yàn)加載設(shè)備分類與基本要求加載設(shè)備：

1、電液伺服加載系統(tǒng)

2、激勵(lì)錘（力錘）和激震器

3、疲勞試驗(yàn)機(jī)

4、其他專用加載設(shè)備電液伺服系統(tǒng)動(dòng)力性能

1、液壓作動(dòng)缸的負(fù)載能力

2、伺服控制器

3、數(shù)據(jù)采集和控制軟件力錘電動(dòng)激振器離心式激振器結(jié)構(gòu)疲勞試驗(yàn)機(jī)三、模型動(dòng)力特性試驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容其測(cè)試目的為：針對(duì)不同類型的建筑物縮尺為模型，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模型動(dòng)力特性測(cè)試，通過(guò)實(shí)測(cè)，可以獲得的模型動(dòng)力特性與事先計(jì)算的原型建筑物數(shù)值之間進(jìn)行相似比較，為原型建筑物的抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。模型動(dòng)力特性測(cè)試內(nèi)容包括下列幾方面內(nèi)容：1．模型的橫向、縱向、扭轉(zhuǎn)、空間等的固有頻率；2．各階固有頻率下的振型；3．各階振型的阻尼比；4．在某力作用下的幅值反應(yīng)值。基本設(shè)備1．激振設(shè)備

1）電磁激振器

2）力錘2．測(cè)力傳感器

1）壓電式力傳感器壓電式力傳感器與電荷放大器配置，采用于電磁激振器和力錘中。

2）應(yīng)變式力傳感器應(yīng)變式力傳感器與應(yīng)變放大器配置，采用于張拉釋放法中測(cè)力。3．信號(hào)發(fā)生器

1）正弦信號(hào)發(fā)生器；

2）正弦掃頻信號(hào)發(fā)生器；

3）隨機(jī)波信號(hào)發(fā)生器。4）力源系統(tǒng)

4．壓電加速度傳感器

1）帶電荷放大器的壓電加速度傳感器；

2）ICP式壓電加速度傳感器。5．功率放大器與電磁激振器相配。6．電子示波器在正弦激振法中用手動(dòng)掃頻法時(shí)，觀察正弦信號(hào)的幅值和相位。7．動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)記錄多點(diǎn)試驗(yàn)信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。試驗(yàn)方法1.張拉釋放法2.正弦激振法

羽毛球館模型動(dòng)特性試驗(yàn)

羽毛球館模型動(dòng)特性試驗(yàn)3.隨機(jī)激振法4.敲擊法試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1．幅值測(cè)量2．共振曲線（傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)反應(yīng)振幅譜）的求取

3．頻率求取4．振型的確定(模態(tài)）5．阻尼比求取發(fā)展趨勢(shì)在求取數(shù)學(xué)模態(tài)的基礎(chǔ)上求取物理模態(tài)。四、原型結(jié)構(gòu)動(dòng)力試驗(yàn)試驗(yàn)對(duì)象和目的建筑結(jié)構(gòu)建造過(guò)程中和建成后，需要了解其振動(dòng)性狀，通常需要獲得的參量為：１．振動(dòng)的最大幅值，包括位移、速度、加速度等。２．建筑結(jié)構(gòu)的各階固有頻率，包括水平向（結(jié)構(gòu)的橫向、縱向）、垂直向、扭轉(zhuǎn)等的固有頻率。３．各階固有頻率對(duì)應(yīng)的阻尼比。４．各階固有頻率對(duì)應(yīng)的振型。包括平移振型、扭轉(zhuǎn)振型、空向振型等。５．有時(shí)還需獲得在不同振幅下的結(jié)構(gòu)非線性特性。獲取上述參數(shù)后，為抗震設(shè)計(jì)、抗震驗(yàn)算提供依據(jù)。基本設(shè)備1．振源上部激振法包括有下列幾種。１）初位移法。２）初速度法。３）設(shè)備運(yùn)行法，如行車行走、橋梁上的火車、汽車運(yùn)行等。４）人幌法。對(duì)高層建筑或結(jié)構(gòu)可用。在高柔結(jié)構(gòu)頂部，利用人體有節(jié)奏的晃動(dòng)產(chǎn)生類似于正弦激振力激起結(jié)構(gòu)共振。５）起振機(jī)法?？捎谜一螂S機(jī)二種。６）風(fēng)振法。對(duì)高層而言。下部激振法包括有下列幾種。１）地震。２）爆破。３）環(huán)境脈動(dòng)。４）設(shè)備運(yùn)行。2．拾振器

1）電動(dòng)式拾振器

2）無(wú)源反饋拾振器

3）壓電式拾振器

4）ICP型壓電加速度計(jì)

5）伺服式加速度計(jì)3．信號(hào)調(diào)理器4．?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)電動(dòng)拾振器的變換部分的構(gòu)造

壓電式拾振器的基本構(gòu)造試驗(yàn)方法1．初位移法1.鋼索2.花蘭螺栓3.力傳感器4.保護(hù)鋼索5.被測(cè)結(jié)構(gòu)6.拾振器2．初速度法

1）小火箭法

2）行車剎車法

3）機(jī)動(dòng)車剎車與跳車法

4）錘擊法

3．正弦激振法偏心塊慣性式起振機(jī)的工作原理圖1.兩力合成為正；2.兩力抵消；3.兩力合成為負(fù)；4兩力抵消。液壓伺服式起振機(jī)１．液壓激振器2．伺服閥3．位移計(jì)4．慣性質(zhì)量5．低摩擦力滾輪6．導(dǎo)軌7．螺栓8．地板4．隨機(jī)激振法1）天然地震法天然地震法，需把測(cè)量?jī)x器布置在建筑結(jié)構(gòu)上，等待地震來(lái)臨，進(jìn)行結(jié)構(gòu)反應(yīng)的記錄。通常是采用強(qiáng)震儀，設(shè)置等待觸發(fā)進(jìn)行紀(jì)錄。常常是在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中使用。2）爆破法利用人工爆破，在爆破點(diǎn)附近的建筑結(jié)構(gòu)物上布置測(cè)點(diǎn)，求取在爆炸波傳遞到建筑上后結(jié)構(gòu)物的反應(yīng)，并從中可求取其自振特性。3）風(fēng)振法在多風(fēng)地區(qū)，利用強(qiáng)風(fēng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的作用，測(cè)量建筑結(jié)構(gòu)物的反應(yīng)，并從中求取自振特性。4）起振機(jī)激振法利用電液伺服激振系統(tǒng)，輸入隨機(jī)波產(chǎn)生的慣性力作用于建筑結(jié)構(gòu)上，求取建筑結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，并求出其自振特性。5）設(shè)備的強(qiáng)迫振動(dòng)法在工業(yè)廠房中，利用行車行走激起建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，一方面獲得在行車運(yùn)行中建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，另外尚可從中求取建筑結(jié)構(gòu)的自振特性。6）脈動(dòng)法試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1．正弦激振時(shí)的數(shù)據(jù)處理１）振動(dòng)幅值的確定２）頻率確定

３）共振曲線的繪制

941-B測(cè)試儀器

4）振型的求取

第一階固有頻率記錄曲線

第二階固有頻率記錄曲線

第三階固有頻率極錄曲線

5Hz

10Hz

14Hz

振型圖5）阻尼比的求取半功率點(diǎn)法2．隨機(jī)激振的數(shù)據(jù)處理

1）幅值測(cè)量

2）共振曲線（傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)反應(yīng)振幅譜）的求取3）振型的確定4）阻尼比求取振幅圖上各峰值處的半功率點(diǎn)帶寬來(lái)確定該振型的阻尼比

相位圖凝聚函數(shù)

第一振型第二振型第三振型

振型圖發(fā)展趨勢(shì)

1．向一儀多用（多參數(shù)）發(fā)展；

2．向小型化發(fā)展；

3．向智能化發(fā)展；

4．向無(wú)線化發(fā)展。4.4結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)

一、引言

野外原型試驗(yàn)強(qiáng)震觀測(cè)破壞試驗(yàn)動(dòng)力特性試驗(yàn)地震模擬振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)試驗(yàn)破壞試驗(yàn)動(dòng)力特性試驗(yàn)抗震試驗(yàn)研究偽動(dòng)力試驗(yàn)部件破壞試驗(yàn)整體破壞試驗(yàn)偽靜力試驗(yàn)部件破壞試驗(yàn)整體破壞試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣?dòng)力特性試驗(yàn)材料特性試驗(yàn)故障診斷試驗(yàn)土動(dòng)力試驗(yàn)二、偽靜力試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康模河糜诨炷两Y(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等的構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)抗震基本性能試驗(yàn)，以及結(jié)構(gòu)模型或原型在反復(fù)荷載作用下的抗震性能試驗(yàn)。典型的為獲得力-位移或力-應(yīng)變滯回曲線。傳力裝置：傳力裝置包括有反力地板、反力墻、加載架（包括門架和梁）等，視不同的試驗(yàn)還需附加其他的傳力機(jī)構(gòu)。基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備液壓往復(fù)作動(dòng)器

1)手動(dòng)液壓加載往復(fù)作動(dòng)器

單出桿雙出桿

2)伺服液壓往復(fù)作動(dòng)器單出桿雙出桿

液壓千斤頂

1)手動(dòng)液壓千斤頂

2)伺服液壓千斤頂

液壓源控制系統(tǒng)測(cè)量?jī)x器

1）力測(cè)量系統(tǒng)；

2）應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)；

3）位移測(cè)量系統(tǒng)；

4）多通道靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。試驗(yàn)例子及加載方法墻體試驗(yàn)

梁的試驗(yàn)

頂部不容許轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件試驗(yàn)

十字節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)40000KN多功能電液伺服加載系統(tǒng)40000KN多功能電液伺服加載系統(tǒng)IMP靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

正式試驗(yàn)前，應(yīng)先進(jìn)行預(yù)加反復(fù)荷載試驗(yàn)兩次，混凝土結(jié)構(gòu)試體預(yù)加載值不宜超過(guò)開(kāi)裂荷載計(jì)算值的30%，砌體結(jié)構(gòu)試體預(yù)加載值不宜超過(guò)開(kāi)裂荷載計(jì)算值的20%。正式試驗(yàn)時(shí)的加載方法應(yīng)根據(jù)試體的特點(diǎn)和試驗(yàn)?zāi)康拇_定，宜先施加預(yù)計(jì)開(kāi)裂荷載的40%~60%，并重復(fù)2~3次，逐步加至100%。當(dāng)進(jìn)行承載能力和破壞特征試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)加載至試體極限荷載的下降段，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)試體下降值應(yīng)控制到最大荷載的85%。試體屈服前，采用荷載控制并分級(jí)加載，試體屈服后應(yīng)采用變形控制，以屈服時(shí)的最大變形值為級(jí)差進(jìn)行控制加載。反復(fù)荷載次數(shù)在試體屈服前每級(jí)可一次，試體屈服后每級(jí)宜三次。試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以混凝土構(gòu)件為例，試體的荷載及變形試驗(yàn)資料整理為：

1.開(kāi)裂荷載及開(kāi)裂變形取試體受拉區(qū)出現(xiàn)第一條裂縫時(shí)之值；

2.對(duì)鋼筋屈服的試體，屈服荷載及變形取受拉區(qū)主筋達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)之值；

3.最大荷載及變形取試體承受荷載最大時(shí)之值；

4.破壞荷載及相應(yīng)變形取最大荷載出現(xiàn)后隨變形增加而荷載下降至最大荷載的85%之值；

5.骨架曲線取荷載變形曲線的各加載級(jí)第一循環(huán)的峰點(diǎn)連成的包絡(luò)曲線，見(jiàn)圖2-11；

6.試體的剛度可用割線剛度表示；

7.試體的延性系數(shù)取極限位移和屈服位移的比值；

8．試體的能量耗散能力以荷載—變形滯回曲線包圍的面積來(lái)衡量，能量耗散系數(shù)為：

滯回曲線

荷載變形骨架曲線荷載變形滯回曲線三、偽動(dòng)力試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模河糜诨炷两Y(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等的模型在靜力試驗(yàn)臺(tái)座上模擬實(shí)施地震動(dòng)力反應(yīng)的抗震基本性能試驗(yàn)。傳力裝置：傳力裝置包括有反力地板、反力墻、加載架（包括門架和梁）等，視不同的試驗(yàn)還需附加其他的傳力機(jī)構(gòu)?；緦?shí)驗(yàn)設(shè)備

1．伺服液壓往復(fù)作動(dòng)器

2．液壓千斤頂

3．液壓源

4．控制系統(tǒng)

5．測(cè)量?jī)x器

1）力測(cè)量系統(tǒng)；

2）應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)；

3）位移測(cè)量系統(tǒng)；試驗(yàn)例子及加載方法

系統(tǒng)連接圖

擬動(dòng)力試驗(yàn)原理圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理主要圖形數(shù)據(jù)包括下列內(nèi)容：

1．基底總剪力—頂端水平位移曲線圖；

2．層間剪力—層間水平位移曲線圖；

3．各質(zhì)點(diǎn)的水平位移時(shí)程曲線圖和恢復(fù)力時(shí)程曲線圖；

4．最大加速度時(shí)的水平位移、恢復(fù)力、剪力、彎矩圖；

5．試體開(kāi)裂、屈服、極限、破壞時(shí)的基底總剪力、水平位移、相應(yīng)的最大加速度值。發(fā)展趨勢(shì)

1．向多維、多自由度、多點(diǎn)發(fā)展；

2．向提高試驗(yàn)速度發(fā)展；

3．向直接得到試件動(dòng)參數(shù)的快速（實(shí)時(shí)）偽動(dòng)力試驗(yàn)方向發(fā)展。四、地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．進(jìn)行各類建筑物模型的動(dòng)力特性試驗(yàn)；

2．進(jìn)行各類建筑物模型在地震作用下的破壞機(jī)理的研究；

3．進(jìn)行各類建筑物模型的抗震措施的研究；

4．進(jìn)行各種機(jī)電設(shè)備和設(shè)施的耐震試驗(yàn)研究；

5．進(jìn)行各類機(jī)電產(chǎn)品的振動(dòng)例行試驗(yàn)；

6．進(jìn)行家庭用具和人體在地震作用下的反應(yīng)研究；

7．在娛樂(lè)場(chǎng)所進(jìn)行地震宣傳的科普教育，并尋求娛樂(lè)刺激。振動(dòng)臺(tái)的種類１．機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)２．電磁式振動(dòng)臺(tái)

３．電液伺服控制的地震模擬振動(dòng)臺(tái)

地震模擬振動(dòng)臺(tái)的基本構(gòu)成（液壓）1．臺(tái)面及支承導(dǎo)向系統(tǒng)

1）固定試件的剛性振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面；

2）限定自由度數(shù)的導(dǎo)向裝置；

3）豎向支承導(dǎo)向裝置；

4）有垂直向振動(dòng)時(shí)的靜荷平衡支承裝置；

5）機(jī)械安全保護(hù)裝置。2．激振系統(tǒng)

1）雙出桿雙作用液壓激振器；

2）激振器與臺(tái)面和基礎(chǔ)之間的連接裝置；

3）電液伺服閥；

4）作為控制元件的位移傳感器；3．液壓源系統(tǒng)

1）液壓泵站；

2）蓄能器組；

3）水冷卻系統(tǒng)；

4）高低壓管道系統(tǒng)；

5）向激振器供油的油路分配系統(tǒng)；

6）液壓源控制系統(tǒng)。4．控制系統(tǒng)

1）正弦信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)及地震波發(fā)生器；

2）進(jìn)行加速度控制的三參量發(fā)生器；

3）為使振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)起動(dòng)，并在不要求試驗(yàn)時(shí)不使無(wú)用信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)而起保護(hù)作用的軟啟動(dòng)門；

4）作為閉環(huán)控制用的位移傳感器、加速度傳感器、壓差傳感器及其歸一放大電路；

5）三參量反饋控制；

6）和值及差值反饋控制；

7）去幾何交叉耦合；

8）傾復(fù)力矩補(bǔ)償；

9）回轉(zhuǎn)力矩補(bǔ)償；

10）伺服放大電路；

11）象限控制合成電路；

12）伺服閥控制器；

13）輸入輸出信號(hào)顯示裝置；

14）超行程保護(hù)電路；

15）控制用計(jì)算機(jī)。5．量測(cè)系統(tǒng)

1）加速度計(jì)、位移計(jì)、應(yīng)變計(jì)、壓力計(jì)等傳感器；

2）信號(hào)調(diào)理器；

3）數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。6．供電系統(tǒng)供應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的全部動(dòng)力電

7．基礎(chǔ)8．試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視系統(tǒng)，通訊聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，試驗(yàn)過(guò)程及試件破壞過(guò)程的錄制系統(tǒng)。地震模擬試驗(yàn)室的構(gòu)成１．安裝地震模擬振動(dòng)臺(tái)主體的基礎(chǔ)；２．放置地震模擬振動(dòng)臺(tái)和基礎(chǔ)的試驗(yàn)大廳；３．試驗(yàn)大廳中配備有安裝及運(yùn)送試件的起重設(shè)備；４．控制室，放置地震模擬振動(dòng)臺(tái)控制系統(tǒng)；５．安裝液壓源的油源室；６．放置量測(cè)儀器和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理室；７．強(qiáng)電配電室，主要供液壓源用強(qiáng)電；８．供液壓源冷卻的水供應(yīng)系統(tǒng)，包括供水池、冷卻塔等?；拘阅軈?shù)的選擇1．地震模擬振動(dòng)臺(tái)的規(guī)模

1）臺(tái)面尺寸

2）臺(tái)面重量和載重

3）振動(dòng)方向2．地震模擬振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)參量的選擇

1）頻率范圍

2）最大功能值最大位移、最大速度、最大加速度

3）最大傾復(fù)力矩

4）回轉(zhuǎn)力矩3．機(jī)械系統(tǒng)剛度選擇

1）臺(tái)面板的剛度

2）機(jī)械系統(tǒng)的其它剛度4．基礎(chǔ)的選擇七．地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的組織與實(shí)施1．編制試驗(yàn)大綱

1）試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

2）模型概況。

3）測(cè)量的參數(shù)和測(cè)點(diǎn)布置。

4）選擇測(cè)量?jī)x器，要求的數(shù)量、量程。

5）選用的地震波、壓縮比、能級(jí)。

6）是否需要測(cè)量動(dòng)力特性。

7）試驗(yàn)的分級(jí)試驗(yàn)順序。

8）要求試驗(yàn)日期及試驗(yàn)延續(xù)時(shí)間。2．試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)3．模型制作4．模型安裝

5．測(cè)量?jī)x器選擇6．測(cè)點(diǎn)布置及儀器調(diào)試7．動(dòng)力特性試驗(yàn)8．地震波試驗(yàn)9．?dāng)?shù)據(jù)處理10．模型拆除鋼框架模型taft地震波再現(xiàn)中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所地震模擬振動(dòng)臺(tái)

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