第4篇 建筑结构动载试验.pdf

第四篇建筑结构动载试验 第一章动载试验量测设备 第一节传感器与测振放大器 一、 传感器 （一） 结构动力特性试验传感器 自振特性试验过程中常用的传感器有速度传感器、 加速度传感器等几类。对整个频 段的信号感兴趣时， 一般采用速度传感器； 对高振型信号感兴趣时， 可选用加速度传感器。 由于自振特性试验过程中结构的振动幅值很小， 所以要求采用高灵敏度传感器。位移传 感器由于其灵敏度的限制， 在测量几微米的振动时， 灵敏度不够， 所以在自振特性试验过 程中用得较少。当然， 在强迫振动试验中， 可采用位移传感器， 也可用应变计测量结构的 振动信号。 （二） 结构拟动力试验传感器 拟动力试验中一般采用电测传感器。常用的传感器有力传感器、 位移传感器、 应变计 等。力传感器一般内装在电液伺服加载器中， 但当荷载很小时， 例如加载器最大力信号小 于满量程的 “时， 宜外装力传感器， 从而提高力信号的信噪比。 拟动力试验中采用的位移传感器有电子百分表、 滑阻式位移传感器、 差动式位移传感 器等， 应根据结构的最大位移反应来确定位移传感器的量程。为了提高位移信号的信噪 比， 位移传感器的量程不宜太大， 当试验初期加载位移很小时， 宜采用小量程高灵敏度的 传感器， 或改变位移传感器的标定值， 提高信噪比。 二、 测振放大器 传感器输出的信号， 往往难以直接用来显示或记录， 须要进行再转换、 放大 （或衰减） 、 阻抗匹配等处理， 才能输入记录或显示装置， 放大器就是把拾振器输出信号在显示或记录 前进行预处理 （对输入信号幅值进行放大） 的装置。 常用放大器有微积分放大器和电荷放大器两种。 （一） 电荷放大器 电荷放大器主要用于配合压电式拾振器。如图 所示电路中， 为放大器的 增益， “是压电式拾振器的电容、 输入电缆分布电容和放大器输入电容等合成的等效电 容，是压电式拾振器产生的电荷， 则输出电压为 “ 第四篇建筑结构动载试验 图 “ “ 电荷放大器电路原理图 “ “ （ “ “ ） 式中 电荷量 （） ； 电容 （*/A3 ““法等。在选择计算方法时， 应注意该计算方法的适用范围， 保证计算结果的收敛性。 下面仅以线性加速度法为例， 介绍拟动力试验的运算过程。 “ 第四篇建筑结构动载试验 图 “ “ 拟动力试验原理图 （一） 输入地面运动加速度 地震波的加速度时程曲线表示 （图 “ “ ） ， 加速度示值随时间 的变化而改变， 为 便于计算， 首先将实际地震记录的加速度时程曲线按一定时间间隔数字化， 即按 划分 成许多微小的时间段， 可以取 为 ） 地震波， 时间间隔为 （根据相似比进行了压缩） ， 持时为 。为了模拟轴力的作用， 在试件的柱端分别加了 ’0* 的轴力。试验简图如图 2*。层间恢复力模型采用了三线性模型， 每种工况下的理论计算采用试验结果对恢复力模型中的参数加以确定， 使理论计算能充 分反映实际情况。 随着输入地震波峰值的增加， 结构的层间变形也随之增大， 从滞回曲线来看， 结构的 层间刚度也不断退化， 随着结构刚度的不断退化， 结构的各阶频率也相应降低， 各工况下 结构的频率变化情况见表 3 2， 理论计算和试验结果对比见图 3 ）表 3 2 频率 工况 *72 *7, *73 *7 *78 一阶2733273,27-27*827** 二阶372372,372,37*87 三阶7,727237**-7 从表中可见， 当 *72 、 *7, 地震波输入时， 结构的各阶频率基本没有变化， 说明结构 没有破坏。当 *73地震波输入时， 梁端和柱端均出现裂缝， 结构刚度降低， 结构频率明 显下降。当输入 *7地震波时， 柱端裂缝出现贯穿断面， 局部混凝土剥落， 因此， 频率降 低尤为明显。 三、 试验评定 结构动载性能可以从三方面进行评定。 （一） 强度和稳定性方面 在静、 动载共同作用下， 结构的强度应有可靠的保证， 实测的应力、 位移等均应小于结 构设计规范的允许值。 对于承受移动荷载的结构， 其强度方面安全性的判断主要是确定实有的动力系数， 与 结构设计规范的允许值进行比较。 对于进行疲劳检测的吊车架等， 其疲劳循环次数及疲劳荷载均应满足规范的要求。 对于在振动荷载作用下的结构， 可根据报动作用力的频率和结构自振频率“之比， “ 第四篇建筑结构动载试验 图 “ “ 理论计算和试验结果对比 判断其工作情况。为了确保结构强度的安全， 结构的振动必须远离共振区， 通常要求满足 条件 “ ’ 或 * “ （ “ “ ） 对于进行抗震检测的结构， 其实际强度及延性指标应符合抗震设计要求。 振动会降低地基的承载能力， 使厂房柱基产生大小不等的附加沉陷， 因此， 对于锻锤 车间等振动较大的厂房， 基柱地基土若是砂土， 柱基的振动加速度应不大干 ’*， 粘土地 “ 建筑结构试验检测技术与鉴定加固修复实用手册 基土的振动加速度应不大于 “。 变形方面 在动荷载作用下， 结构的变形表现为振幅。结构的振幅不应影响人的身体健康， 同时 还要满足生产工艺上的要求。 图 ’ ’ 为振动对人身的影响曲线。 图 ’ ’振动对人体的影响曲线 刚刚感觉到；“ 很容易感觉到； 剧烈地感觉到； 经久作用有害； 绝对有害 振动的振幅和频率决定了振动的速度和加速度， 表 ’ 为我国对于工作人员规 定的允许振动速度和加速度值。 对工作人员允许的振动值表 ’ 振动对工作人员 的影响程度 允许振动加速度 （*） ,- 允许振动加速度 （*） ,- 无感觉. 稍微有感觉. 明显感觉/ 强烈感觉 （妨碍工作）. 长期工作下是有害的. 绝对有害的0 0 / 过大的基础振动会影响机器的平稳运行和使用寿命等， 表 ’ ’ 和表 ’ 为 机器基础的振动允许值。 “ 第四篇建筑结构动载试验 ““ 锻锤基础的允许振动加速度表 ’ ’ 地基土 类别 地基土名称及允许承载力 ［］（*） 碎石土砂土粘性土 允许振幅 （,,） 允许振动 加速度 （“） 一类土［］ - “.［］ - “.“./0.“./0. 二类土［］ 1 “. ’ “.［］ 1 “. ’ “.［］ 1 “.0/ ’ “.“.2 ’ “./“.2 ’ “./ 三类土［］ 1 “.02 ’ “.［］ 1 “.02 ’ “.［］ 1 “.0 ’ “.0/“. ’ “.2“. ’ “.2 四类土［］ 1 “.0 ’ “.02［］ 1 “.“/ ’ “.0 “.“. 有规律运动的机器基础的允许振幅值表 ’ ’ 振动方向 允许振幅值 （,,） 振动频率 （次3分） 4 ““““5“0“““0““““““““0““““ 竖向振动 水平振动 “.0 “.“ “.0 “.02 “.“6 “.0 “.“5 “.00 “.“2 “.“6 “.“ “.“ “.“0 “.“ “.““ “.““5 严重的振动会对生产工艺和正常使用等产生不良的影响， 表 ’ ’ 规定了为保证 正常生产和生活的允许振动值。 车间和房屋的允许振幅值表 ’ ’ 建筑物名称允许振幅值 （,,） 有自动电力操纵的汽轮发电机的发电厂“.“ 有精密机床和试验设备的车间“.““.“ 精密测试室“.“ 铸工车间和特别制型工段“.““.“ 行政用房和居住用房“.““.“5 （三） 抗裂和裂缝宽度方面 对于那些在防止或限制开裂方面有特殊要求的结构物， 应该检验振动作用的影响。 如果结构物不能满足上述三方面的要求， 则应采取减振和隔振措施， 必要时应加强或 改变结构物。 “ ““ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 建筑结构试验检测技术与鉴定加固修复实用手册