軟基水閘動力學(xué)測試技術(shù)規(guī)程目次1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14基本規(guī)定 24.1一般規(guī)定 24.2資料收集 24.3測試方案編制 35動力學(xué)測試儀器設(shè)備及工作環(huán)境要求 45.1儀器設(shè)備組成及要求 45.2傳感器 4信號傳輸線 4數(shù)據(jù)采集儀 4動態(tài)信號分析系統(tǒng) 45.6供電設(shè)備 55.7工作環(huán)境要求 56傳感器安裝及動力學(xué)測試操作 5傳感器安裝及要求 5測試前的準(zhǔn)備工作 5動力學(xué)測試操作步驟及要求 6動力學(xué)測試資料記錄 67振動信號的數(shù)據(jù)處理 6振動信號的數(shù)據(jù)處理內(nèi)容 7振動信號的預(yù)處理 7振動信號的時域分析 7振動信號的頻域分析 7工作模態(tài)識別 78測試資料整理與分析 8測試資料整理 8測試資料分析 8測試成果報(bào)告 8附錄A（資料性）測點(diǎn)布置示意圖 10附錄B（資料性）動力學(xué)測試系統(tǒng)示意圖 11附錄C（資料性）測試信號質(zhì)量情況對比 12附錄D（規(guī)范性）動力學(xué)測試原始記錄表 13附錄E（資料性）奇異熵計(jì)算 14附錄F（資料性）穩(wěn)定圖法 16IPAGEPAGE1PAGEPAGE2軟基水閘動力學(xué)測試技術(shù)規(guī)程范圍本文件規(guī)定了已建軟基水閘動力學(xué)測試的工作內(nèi)容和技術(shù)要求。本文件適用于泄流激勵下軟基水閘運(yùn)行期的動力學(xué)測試。規(guī)范性引用文件凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T14412機(jī)械振動與沖擊加速度計(jì)的機(jī)械安裝GB/T51306工程振動術(shù)語和符號標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。3.1軟基水閘softfoundationsluice修建在由沖積或沉積形成的天然含水量大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土地基之上，利用閘門控制流量和調(diào)節(jié)水位的低水頭水工建筑物。3.2隨機(jī)振動randomvibration對未來任意給定時刻，其瞬時值不能預(yù)先確定的振動。3.3振動響應(yīng)vibrationresponse地基土、結(jié)構(gòu)或隔振體系受振動作用時的振動輸出。3.4振動模態(tài)vibrationmode系統(tǒng)中每個質(zhì)點(diǎn)做相同頻率的簡諧振動時的特征模式。3.5振型節(jié)點(diǎn)nodeofvibrationmode在某階固有頻率下，振型與原來形狀的交匯節(jié)點(diǎn)。3.6模態(tài)參數(shù)modalparameter振動系統(tǒng)的各階固有頻率、振型、模態(tài)阻尼等表征模態(tài)的特征參數(shù)。3.7漢寧窗hanningwindow一種用于減少信號頻譜泄漏問題的窗函數(shù)。3.8工作模態(tài)識別operationalmodalidentification利用環(huán)境激勵下結(jié)構(gòu)的實(shí)測振動響應(yīng)獲取結(jié)構(gòu)自身動力特性的方法和過程。3.9模態(tài)定階modalorderdetermination確定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)振動模態(tài)的階次或模態(tài)數(shù)的過程。3.10奇異熵singularentropy對振動信號進(jìn)行奇異值分解后，計(jì)算奇異值的信息熵值而得到的用于確定模態(tài)階次的指標(biāo)。3.11穩(wěn)定圖stabilitydiagram在結(jié)構(gòu)模態(tài)分析中用于識別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)真實(shí)模態(tài)參數(shù)和區(qū)分真實(shí)模態(tài)與虛假模態(tài)的圖形化工具?；疽?guī)定振動響應(yīng)測試物理量包括振動加速度、振動速度、振動位移和動應(yīng)變等。軟基水閘動力學(xué)測試工作，應(yīng)優(yōu)先采用成熟可靠的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備。對軟基水閘進(jìn)行動力學(xué)測試，不應(yīng)對結(jié)構(gòu)造成損害?，F(xiàn)場測試時，測試儀器設(shè)備應(yīng)有防水、防風(fēng)、防曬、防磁和防振等保護(hù)措施。測試現(xiàn)場應(yīng)保證測量儀器設(shè)備的電源供應(yīng)及運(yùn)輸條件。意見書等，可參考國家科技檔案相關(guān)規(guī)定整理歸檔。資料收集現(xiàn)場環(huán)境資料。軟基水閘的基礎(chǔ)資料收集宜包括以下內(nèi)容：工程概況、總體布置、水文氣象、地形地質(zhì)資料等；竣工資料、設(shè)計(jì)圖紙、原始設(shè)計(jì)參數(shù)和數(shù)據(jù)等；工程監(jiān)測、日常檢查、問題處理等運(yùn)行情況資料。軟基水閘測試現(xiàn)場環(huán)境資料宜包括以下內(nèi)容：場地及其鄰近的干擾振源資料；PAGEPAGE11PAGEPAGE4影響現(xiàn)場測試人身安全的周邊環(huán)境資料。測試方案編制和補(bǔ)充。測試方案的編制，宜包括以下主要內(nèi)容：測試的目的及任務(wù)；測試物理量的確定；測試儀器設(shè)備的確定，包括測試傳感器及數(shù)據(jù)采集儀是否在校準(zhǔn)的有效范圍內(nèi)；測試工況的確定；測試傳感器布置圖，宜對傳感器進(jìn)行編號，并標(biāo)出布點(diǎn)位置及坐標(biāo)；傳感器的安裝及固定方法；測試具體實(shí)施步驟和程序；安全措施預(yù)案。出測點(diǎn)位置及坐標(biāo)，并畫出測點(diǎn)布置圖。測點(diǎn)布置宜滿足以下要求：5個；和主要部位的動態(tài)響應(yīng)且便于安裝，不宜布置于工作橋、線纜溝等附屬結(jié)構(gòu)上；振動傳感器宜布置在安全且可避開人為干擾的位置，附近應(yīng)能防磁和防局部振動；試過程中不應(yīng)產(chǎn)生傾斜和附加振動；至少保留一個共同的參考點(diǎn)，參考點(diǎn)位置應(yīng)避開擬測結(jié)構(gòu)的振型節(jié)點(diǎn)；A。規(guī)程要求。1圖1軟基水閘動力學(xué)測試流程圖動力學(xué)測試儀器設(shè)備及工作環(huán)境要求儀器設(shè)備組成及要求B。儀器設(shè)備應(yīng)便于攜帶、安裝，適應(yīng)野外工作環(huán)境。傳感器護(hù)（防塵、防水）IP67軟基水閘動力學(xué)測試宜采用具有較高的精度和靈敏度的低頻振動傳感器，頻率下限應(yīng)不大于0.5Hz，510-7m~10-6m，10-7m/s~10-6m/s，加10-6m/s2~10-4m/s2。30Hz30Hz~100Hz時，宜選用速度傳感器；當(dāng)在100Hz以上時，宜選用加速度傳感器。動應(yīng)變測試傳感器宜采用電阻應(yīng)變計(jì)，測量范圍：-10000με～+10000με，精度不低于±1με。信號傳輸線信號傳輸線應(yīng)采用專用屏蔽電纜線，屏蔽電纜線應(yīng)具有防水、絕緣性能。信號傳輸線所有連接應(yīng)牢固可靠，線纜接頭處應(yīng)絕緣屏蔽，宜采用套管保護(hù)。數(shù)據(jù)采集儀分析軟件相連，形成高性能數(shù)據(jù)采集和信號分析系統(tǒng)。24AD動態(tài)信號分析系統(tǒng)動態(tài)信號分析系統(tǒng)應(yīng)具有多通道數(shù)據(jù)采集能力，具備基本的數(shù)字信號處理功能。數(shù)字信號處理包括時域分析中的數(shù)字濾波、波形截取、通道分離、數(shù)字積分/微分、峰值計(jì)數(shù)、分析、互功率譜分析、三維譜陣分析、傳遞函數(shù)分析、相干函數(shù)分析等功能。供電設(shè)備供電設(shè)備應(yīng)具有維持現(xiàn)場測試儀器設(shè)備持續(xù)、穩(wěn)定的供電能力。6工作環(huán)境要求現(xiàn)場工作環(huán)境應(yīng)具備測試儀器設(shè)備安裝、調(diào)試、更換、運(yùn)行條件和正常工作的溫度與濕度。測試場地應(yīng)避開外界干擾振源，避免強(qiáng)電磁、噪聲干擾。測試儀器設(shè)備應(yīng)良好接地，消除噪聲干擾。傳感器安裝及動力學(xué)測試操作傳感器安裝及要求GB/T14412傳感器應(yīng)按使用說明書及動力學(xué)測試要求的位置和方向安裝；c）上，將信號傳輸線與傳感器連接，最后用膠帶將信號傳輸線固定于軟基水閘結(jié)構(gòu)表面，如圖2所示；座粘結(jié)于結(jié)構(gòu)表面，避免底座產(chǎn)生滑移，膠水凝固后應(yīng)具有一定的剛性；受力，宜用膠帶將信號傳輸線固定在結(jié)構(gòu)表面，避免信號傳輸線移動。a）豎向傳感器安裝b）水平向傳感器安裝1.信號傳輸線；2.結(jié)構(gòu)表面；3.膠帶；4.粘結(jié)劑；5.專用底座；6.傳感器圖2傳感器安裝示意圖感器對應(yīng)的信號傳輸線編號、放大器編號、測量通道編號等。測試前的準(zhǔn)備工作二之間。測試前應(yīng)對振動傳感器、應(yīng)變片等進(jìn)行標(biāo)定。測試前應(yīng)進(jìn)行預(yù)分析，選定合適的采樣頻率和采樣時間。在測試前應(yīng)對測試系統(tǒng)的環(huán)境背景噪聲進(jìn)行測量、記錄和分析。動力學(xué)測試操作步驟及要求軟基水閘結(jié)構(gòu)動力學(xué)測試宜按以下步驟進(jìn)行：a）5.2.3（分析頻率2.5650Hz~200Hz30min；c）采用泄流激勵作為激勵源對軟基水閘結(jié)構(gòu)進(jìn)行多通道的同步動力學(xué)測試采集；d）采集振動信號數(shù)據(jù)并保存；e）對振動信號數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析及合理性評價(jià)，常見的幾種測試信號質(zhì)量異常情況可參見附錄C。現(xiàn)場動力學(xué)測試時，應(yīng)按照安全措施預(yù)案要求開展測試工作。動力學(xué)測試資料記錄動力學(xué)測試資料記錄應(yīng)包括以下內(nèi)容：a）（含測試方向b）測試工況（相關(guān)水位、流量等（測點(diǎn)編號和現(xiàn)場錄制視頻、照片原始實(shí)測振動時程曲線；測試過程中的情況說明（包括現(xiàn)場測試環(huán)境、測試條件、情況描述等g）D存，按相關(guān)規(guī)定存檔。振動信號的數(shù)據(jù)處理振動信號的數(shù)據(jù)處理內(nèi)容應(yīng)通過數(shù)學(xué)運(yùn)算方法對動力學(xué)測試所得的信號進(jìn)行處理。振動信號的數(shù)據(jù)處理內(nèi)容包括振動信號的預(yù)處理、時域分析、頻域分析和工作模態(tài)識別等。振動信號的預(yù)處理降低外部環(huán)境干擾及其他各方面因素的影響。振動信號的預(yù)處理包括以下內(nèi)容：a）c）消除趨勢項(xiàng)；d）濾波處理；e）振動信號的時域分析軟基水閘結(jié)構(gòu)動力學(xué)測試信號應(yīng)按各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機(jī)過程進(jìn)行時域分析。時域分析宜包括以下內(nèi)容：振動信號的降噪；選擇合適的概率分布函數(shù)和概率密度函數(shù)進(jìn)行分析；所測物理量的時域指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，包括振幅最大值、最小值、時均值、方差、均方差；d）波處理。振動信號的頻域分析譜分析（自譜分析和互譜分析。10243250%。工作模態(tài)識別軟基水閘結(jié)構(gòu)工作模態(tài)識別可以采用時域識別法、頻域識別法和時頻域識別法。在工作模態(tài)識別過程中，應(yīng)進(jìn)行模態(tài)定階，剔除虛假模態(tài)。軟基水閘結(jié)構(gòu)工作模態(tài)定階可采用奇異熵（E）和穩(wěn)定圖法（F）次。2別結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，確保識別結(jié)果的準(zhǔn)確性。測試資料整理與分析測試資料整理測試資料整理應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：a）整理收集的基礎(chǔ)資料、動力學(xué)測試記錄資料及其他與動力學(xué)測試有關(guān)的資料和技術(shù)文件；b）態(tài)；整理現(xiàn)場動力學(xué)測試視頻和照片及文字說明；線、關(guān)系曲線、文字說明等的合理性；原始測試數(shù)據(jù)應(yīng)整理匯總并附上動力學(xué)測試記錄說明，形成電子文件后進(jìn)行備份存儲；f）測試資料分析GB/T51306測試資料分析應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：和空間上的分布特征圖、各測點(diǎn)測試物理量之間的相關(guān)關(guān)系圖，對異常結(jié)果應(yīng)分析原因；狀態(tài)，描述軟基水閘結(jié)構(gòu)振動特性；針對測試存在的問題，對測試設(shè)備、測試方法、測試精度和測試周期提出改進(jìn)意見；并對軟基水閘結(jié)構(gòu)的運(yùn)行管理提出建議。應(yīng)對測試結(jié)果進(jìn)行初步分析及評判：閘振動信號可能存在較大干擾；（底板脫空或結(jié)構(gòu)損傷一步檢測或分析。測試成果報(bào)告測試成果報(bào)告宜分為階段性測試成果報(bào)告和測試成果總報(bào)告。階段性測試成果及分析、階段性結(jié)論等內(nèi)容，待全部測試工作完成后，編寫測試成果總報(bào)告。測試成果總報(bào)告由封面、扉頁、摘要、目錄、正文、資料附錄等部分組成。測試成果報(bào)告正文應(yīng)包含以下內(nèi)容：a）前言；b）工程概況；試單位及人員、與測試有關(guān)的規(guī)程和規(guī)范等；測試工況和測點(diǎn)布置；e）測試成果與分析；g）h）確、完整、簡明扼要。測試成果報(bào)告中應(yīng)附必要的附圖、附表和照片等資料。11110A測點(diǎn)布置示意圖16A.1注：圖中L為閘墩長度；n為單個閘墩布置測點(diǎn)個數(shù)。圖A.1測點(diǎn)布置示意圖B動力學(xué)測試系統(tǒng)示意圖B.1。圖B.1動力學(xué)測試系統(tǒng)示意圖131312C測試信號質(zhì)量情況對比C1當(dāng)環(huán)境激勵穩(wěn)定時，采集信號一般為平穩(wěn)隨機(jī)波動（C1，應(yīng)觀察采集信號中波形是否（C2機(jī)械啟閉等人為干擾或強(qiáng)風(fēng)、降雨等環(huán)境干擾，必要時可進(jìn)行重新測試。圖C.1正常平穩(wěn)隨機(jī)振動波形圖C.2含較強(qiáng)噪聲振動波形C.2（C.3）（見圖C.4）干擾等，必要時可進(jìn)行重新測試。圖C.3零點(diǎn)漂移振動信號圖圖C.4基線漂移振動信號圖D動力學(xué)測試原始記錄表動力學(xué)測試原始記錄表見表D.1。表D.1動力學(xué)測試原始記錄表測試工程名稱工程地址現(xiàn)場天氣情況測試地點(diǎn)儀器設(shè)備名稱儀器型號測試參數(shù)測量方向測點(diǎn)個數(shù)采樣頻率采樣時間振源情況檢測工況數(shù)據(jù)保存目錄及文件名測點(diǎn)編號采集儀通道號傳感器編號傳感器檔位傳感器靈敏度傳感器安裝位置測點(diǎn)位置布置示意圖測試人員校核人員測試日期15154E假設(shè)一長度為N

Xtxt0

xt0

xt0

，k0,1,,N1；將X(t)映射到相空間中，得到軌跡矩陣O： x(t0) x(t0) x[t0(l] x(t) x(t) ] Ο 0 0 0 (m]x(t)(ml] 0 0 0 (E.1)式中：O——m×l維的軌跡矩陣；t0——初始時刻；——采樣間隔。根據(jù)信號奇異值分解原理，存在如下關(guān)系：ORSUT1(E.2)式中：R——m×n維的矩陣；S1——n×n維的對角線矩陣；U——l×n維的矩陣。當(dāng)信號無噪聲或具有較高的信噪比時，矩陣S1可描述為：S1diag[1,2,,i,,k,0,,0],(kn,σi0,i1,2,,k)(E.3)式中：——奇異值，且12k0；k——非零奇異值個數(shù)；n——奇異值個數(shù)。而當(dāng)信號具有較低信噪比時，其奇異值分解后得到的矩陣S1可描述為：S1diag[1,2,,i,