土木工程结构试验与检测 TESTING AND INSPECTION FOR CIVIL ENGINEERING STRUCTURE

土木工程结构试验与检测TESTING AND INSPECTION FOR CIVIL ENGINEERING STRUCTURE 刘明教授上课了！！！

本章系统地介绍了结构动力试验的相关理论和试验方法。与静力试验相比，具有一些特殊的规律性。首先，引起结构振动的动荷载是随时间而改变的；其次，结构在动荷载作用下的反应与结构本身动力特性有密切关系。动荷载所产生的动力效应，有时远远大于其相应的静力效应，可能使结构遭受严重破坏。第6章动力试验Chapter 6 Dynamic Testing

第6章动力试验Chapter 6 Dynamic Testing

第6章动力试验Chapter 6 Dynamic Testing 6.1 动荷载的特性试验（dynamic testing） 6.2 结构的动力特性试验（dynamic testing of structure properties） 6.3 结构的动力反应试验（dynamic response of structure） 6.4 模拟地震振动台试验（shaking table testing）

6.5 风洞试验（wind tunnel testing） 6.6 结构疲劳试验（structural fatigue testing） 6.7 振动信号处理及分析（analysis and interpretation of vibratory signal）

6.1 动荷载的特性试验（dynamic testing） 对结构进行动力分析和隔振设计时，必须掌握动荷载的特性。动荷载的特性包括作用力的大小、方向、频率及其作用规律等。通常采用直接鉴定。动荷载的特性试验主要包括测主振源和动荷载自身参数的测定试验。

6.1 动荷载的特性试验（dynamic testing） 6.1.1 测主振源的方法（detection of principal vibration source） 6.1.2 动荷载的参数测定（measuring dynamic load properties）

( a ) ( d ) ( b ) ( e ) ( f ) ( c ) 图6.1.1 几种典型振动记录波图形

3000 N 17.5 m 17.5 m 振动方向 8.0 m 8.0 m ±0.00 m ±0.00 m 6000 0 5 s 实测框架振动记录图混凝土框架简图

6.2 结构的动力特性试验（dynamic testing of structure properties）结构的动力特性包括结构的自振频率、阻尼比、振型等参数。这些参数决定于结构的形式、刚度、质量分布、材料特性及构造连接等因素，而与外载无关。结构的动力特性是进行结构抗震计算、解决结构共振问题及诊断结构累积损伤的基本依据。因而结构动力特性参数的测试是动力试验的最基本内容。

6.2 结构的动力特性试验（dynamic testing of structure properties） 6.2.1 自由振动法（free vibration method）图6.2.1图6.2.2 6.2.2 共振法（resonance method）图6.2.3 6.2.3 脉动法（vibration method）图6.2.4

x t 时标信号图6.2.2 自由振动时间历程曲线图 6.2.1 自由振动衰减量测系统 1—结构物；2—拾振器；3—放大器；4—光线示波器； 5—应变位移传感器；6—应变仪桥盒；7—动态电阻应变仪

0 图6.2.3 共振时的振动图形和共振曲线

图6.2.4脉动信号记录图 （a）多层民用房屋的脉动记录；(b)混凝土单层厂房的脉动记录

6.3 结构的动力反应试验（dynamic response of structure）结构的动力反应试验是测定结构在实际工作时的振动参数（振幅、频率）及性状，例如动力机器作用下厂房结构的振动、在移动荷载作用下桥梁的振动、地震时建筑结构的动力反应（强震观测）等。量测得到的这些资料，用来研究结构的工作是否正常、安全，存在何种问题，薄弱环节在何处等。

6.3 结构的动力反应试验（dynamic response of structure） 6.3.1 结构特定部位动参数的测定（measure dynamic properties of special point of structure） 6.3.2 结构振动位移图测定（measure vibration displacement diagram of structure） 6.3.3 结构动力系数的试验测定（measure dynamic coefficient of structure） 6.3.4 强震观测（observe strong earthquake）

6.4 模拟地震振动台试验（shaking table testing） 通过振动台对结构输入正弦波或地震波，可以再现各种形式地震波输入后的结构反应和地震震害发生的过程，观测试验结构在相应各个阶段的力学性能，进行随机振动分析，使人们对地震破坏作用进行深入的研究。

6.4 模拟地震振动台试验（shaking table testing） 6.4.1 试验模型的基本要求（requirements for experimental model） 6.4.2 加载过程及试验方法（loading and testing method） 6.4.3 量测方案（measuring scheme） 6.4.4 安全措施（safety measures） 6.4.5 模拟地震振动台试验实例（case studies of shaking table testing）

6.5 风洞试验（wind tunnel testing） 风是由强大的热气流形成的空气动力现象，其特性主要表现在风速和风向。而实测试验要等待有强风的情况下才能测量，耗时很长，且需要大量的人力、物力和财力，难度较大。为此，科学家们为了系统地研究风力对各种结构的作用，除了实测试验之外，还采用缩小模型或相似模型在专门的试验装置内模拟风力试验，即风洞试验。

6.5 风洞试验（wind tunnel testing） 6.5.1试验装置（test setup） 6.5.2试验模型和量测系统（experimental model and measuring scheme） 6.5.3风洞试验实例（case study of wind tunnel testing）

6.6 结构疲劳试验（structural fatigue testing） 工程结构中存在着许多疲劳现象，如承受吊车荷载作用的吊车梁，直接承受悬挂吊车作用的屋架。这些结构物或构件在重复荷载作用下达到破坏时的应力比其静力强度要低得多，这种现象称为疲劳。结构疲劳试验的目的就是要了解在重复荷载作用下结构的性能及变化规律。

6.6 结构疲劳试验（structural fatigue testing） 6.6.1 测试内容（measuring scheme） 6.6.2 疲劳试验荷载（fatigue test load） 6.6.3 加载方法（loading method） 6.6.4 试件安装（assembling specimens）

测试内容（measuring scheme） 1 疲劳强度（fatigue strength） 2 应变测量（strain measurement） 3 裂缝测量（crack measurement） 4 挠度测量（deflection measurement）

6.7 振动信号处理及分析（analysis and interpretation of vibratory signal）动载试验过程中测得的动态数据，通常是随时间而连续变化的各种模拟量。在这些记录图或记录数据中包含着丰富的关于结构模态参数、动荷载特性以及其它与结构动力反应有关的信息。通过信号分析和数据处理可以求得这些动态参数，从而建立结构动力模型或处理工程上有关的振动问题。这一节主要是振动示波图的分析、谱量分析、随机数据的分析和处理以及结构动力性能的评定。

6.7 振动信号处理及分析（analysis and interpretation of vibratory signal） 6.7.1 确定性信号（determinant signal） 6.7.2 随机数据的分析和处理（analysis and interpretation of stochastic data） 6.7.3 随机振动试验数据处理的一般步骤（general procedure to process stochastic vibration data） 6.7.4 在动荷载作用下结构性能的评定（evaluate structural properties in dynamic loading）

本章小结（summary） 本章系统地介绍了结构动力试验的相关理论和试验方法。学习本章后，重点掌握结构动力特性试验的脉动法和动荷载参数的测量方法，重点掌握结构抗震的拟静力试验的加载制度、测试项目、量测仪器，了解拟动力试验、模拟地震振动台试验、工程结构的风洞试验、结构疲劳试验的测试内容和试验方法。

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