工程结构实验与检测第3章 结构动力试验

《工程结构试验与检测》课程实验教学大纲（Engineering Structure Experimentation and Measuring）一、基本信息课程编号：G1113106课程类别：专业教育必修课适用层次：本科适用专业：土木工程、工程管理开课学期：6总学分：0.5总学时：8学时考核方式：考查二、教学目的《工程结构试验与检测》是一门实践性很强的课程，实验是这门课的一个重要组成部分，学生实验的目的在于：一是熟悉、验证、巩固所学的理论知识，增加感性认识；二是了解所使用的仪器设备，掌握所学建筑各种结构的试验方法；三是进行科学研究的基本训练，培养分析问题和解决问题的能力；四是培养学生严肃认真实事求是的学风。

三、基本要求实验课是教学的重要环节之一，在实验过程中，对于仪器操作、记录格式、试验成果的检核、计算等，应向学生提严格要求。

对具体的实验内容要求见表1。

表1 试验内容与要求四、实验内容本课程实验以在实验室试验为主，以多媒体教学和现场观察测试为辅。

实验主要包括六个实验内容，除必修实验外（实验一、五），学生可以在选修实验（实验二、三、四、六）中任选一个实验。

实验一电阻应变片的粘贴、静态电阻应变仪的使用及桥路连接试验实验目的：（1）参观试验室，了解基本的大型试验仪器，了解试验的基本过程；（2）掌握应变片的粘贴技术，学会防潮层的制作；（3）掌握半桥、全桥及四分之一桥的接法；（4）掌握静态电阻应变仪的使用。

实验要求和实验内容：（1）正确处理基层、会进行应变片的粘贴与防潮；（2）学会单点、多点测量方法，半桥、全桥接法及四分之一桥接法；（3）画出半桥、全桥接法及四分之一桥接法示意图；实验学时安排：实验学时：2学时实验类型：验证性实验，必修。

实验二混凝土静弹性模量测定试验实验目的：（1）进一步掌握静态应变仪的工程应用；（2）能根据实验设计要求和环境条件，选择合适的桥路；（3）掌握测定混凝土的静弹性模量实验方法和泊松比的计算方法。

《建筑结构试验》考试大纲第一部分考试大纲说明一、课程性质和地位本课程是建筑工程专业综合性的, 有较强的实践性的专业技术课程, 通过理论学习和实验教学, 使学生获得专业必须的试验基本理论知识和基本技能, 完成一般建筑结构试验的设计。

“建筑结构试验”从材料的力学性能到验证各种材料构成不同类型结构和构件的基本计算方法, 以及近年来发展的大量大跨、超高、复杂结构的计算理论, 都离不开试验研究。

因此, 建筑结构试验在土木工程结构科学研究和技术革新方面起着重要的作用, 与结构设计、施工及推动土木工程学科的发展有着密切的关系, 已逐步形成一门相对独立的学科, 并日益引起科研人员和工程技术人员的关注和重视。

本课程主要针对“土木工程”等专业。

课程的学分为2学分。

推荐教材为王天稳主编的《土木工程结构试验》（武汉理工大学出版社）一书。

二、课程考试要求本课程的考试要求, 要从考核知识点、学习要求、考核目标和有关考试的具体问题等几个方面综合起来全面加以把握。

其中, 考核知识点是主体。

（一）考核知识点考核知识点是对课程知识体系在广度上的概括。

就本课程而言, 其知识广度主要包括基本理论、基本方法和基本技能, 具体内容见本考纲第二部分“考试内容和考核目标”中的第二项分列了八章, 它们都是考试的范围。

（二）学习要求学习要求是对自学考试知识点所掌握的深度和概括。

根据全国高等教育自学考试以高中文化水平为起点的情况, 对考核知识点的深度掌握, 本考纲在第二部分第一项“学习要求”中, 分别对各个章节的基本要求做了介绍。

深度要求, 选用了“熟悉”、“熟练”和“熟练掌握并能灵活应用”几个不同含义而又存在递进关系的词汇来描述。

（三）考核目标考核目标是按照认知过程将考核知识点的深度、广度和难易程度转化成认知能力的概括。

根据前述高等教育自考对象的实际, 在本考纲第二部分第二项中, 区别考核的认知能力目标即基本目标和考核的难易程度目标即考核目标的具体要求, 作了不同的描述。

福州大学土木工程学院本科实验教学中心学生实验指导书工程结构振动测试实验指导书工程结构实验中心桥梁模型实验室编2007年7月21日目录实验项目1：结构动力特性实验（必修）实验项目2：地震模拟振动台实验（选修）实验项目3：桥梁结构动载实验（选修）前言工程结构振动测试是土木工程专业的一门工程技术科学。

做为一门课程其任务是通过介绍工程结构振动的基本测试技术和试验方法，使学生获得专业所必需的试验基本技能，具备解决一般结构动力问题的解决，并对学生进行科学研究试验能力的培养，是土木工程专业高级技术人材所必需的基本训练的一部分。

学科的特点是理论面广，住处量大，实践性强。

因此，除了课堂试验理论教学之外，试验课是重要教学五一节之一。

通过实验，能更好地掌握试验理论和方法，巩固和充实课堂教学效果，培养试验技能，为将来在实际工作中进行科学研究和结构检验打下基础。

为了达到预期目的，试验课必须注意以下几方面问题：一、试验前认真预习指导书和课本有关内容，同时应复习其它已学有关课程的有关章节，充分了解各个试验的目的要求、试验原理、方法和步骤，并进行一些必要的理论计算。

一些控制值的计算工作，试验前必须做好。

二、较大的小组试验，应选出一名小组长，负责组织和指挥整个试验过程，直至全组试验报告都上交后卸任，小组各成员必须服从小组长和指导教师的指挥，要明确分工，直辖市工作，不得撤离各自的岗位。

三、试验开始前，必须仔细检查试件和各种仪器仪表是否安装稳妥，荷载是否为零，安全措施是否有效，各项准备工作是否完成，准备工作完成，要经指导教师检查通过后，试验才能开始。

四、试验时应严肃认真，密切注意观察试验现象，及时加以分析和记录，要以严谨的科学态度对待试验的每一步骤和每一个数据。

五、严格遵守实验室的规章制度，非试验中仪器设备不要乱动；试验用仪器、仪表、设备，要严格按规程进行操作，遇有总是及时向指导教师报告。

六、试验中要小心谨慎，不要碰撞仪器、仪表、试件和仪表架等。

结构动力实验报告结构动力实验报告一、引言结构动力学是研究结构在外力作用下的振动特性和响应规律的学科。

通过实验研究结构的动力响应，可以了解结构的固有频率、振型、阻尼特性等重要参数，为结构设计和抗震设计提供依据。

本实验旨在通过一系列测试，探索结构的动力响应特性。

二、实验目的1. 测定结构的固有频率和振型。

2. 分析结构在不同外力激励下的动力响应特性。

3. 探究结构的阻尼特性。

三、实验装置与方法1. 实验装置：使用一台振动台和一根悬臂梁作为实验结构。

2. 实验方法：a. 测定固有频率和振型：在不同频率下，通过改变振动台的频率控制结构的激励频率，使用加速度传感器测定结构的振动响应，并记录下振动台的频率。

b. 测定动力响应特性：通过改变振动台的振幅，分析结构在不同外力激励下的振动响应，并记录下响应的幅值和相位。

c. 测定阻尼特性：在结构上添加不同阻尼装置，测定结构在不同阻尼条件下的振动响应，并记录下响应的幅值和相位。

四、实验结果与分析1. 测定固有频率和振型：根据实验数据，绘制结构的频率-振型曲线，确定结构的固有频率和振型。

分析不同频率下的振动响应，可以推测结构的模态分布情况。

2. 分析动力响应特性：对于不同外力激励下的振动响应，绘制振动幅值和相位的频率响应曲线，分析结构的频率响应特性，如共振频率、共振幅值等。

通过对比不同外力激励下的响应曲线，可以研究结构的非线性特性和耦合效应。

3. 探究阻尼特性：通过添加不同阻尼装置，测定结构在不同阻尼条件下的振动响应。

分析阻尼对结构响应的影响，可以评估结构的耗能能力和抗震性能。

五、实验结论1. 结构的固有频率和振型是结构动力学研究的重要参数，通过实验测定可以了解结构的模态分布情况。

2. 结构的动力响应特性与外力激励频率和振幅密切相关，通过分析响应曲线可以评估结构的共振情况和非线性特性。

3. 阻尼对结构的动力响应有重要影响，适当的阻尼装置可以提高结构的耗能能力和抗震性能。

结构动力性实验报告1. 引言结构动力性实验是通过对建筑物或其他结构的动力响应进行测试和分析，以评估其抗震性能和安全性。

本实验旨在研究结构在受到外部振动力作用下的动态响应特性，为建筑结构设计和抗震设防提供实验依据。

2. 实验设备和方法2.1 实验设备本次实验使用了以下设备：1. 动力测试仪：用于施加不同振频和振幅的外部振动力，测量结构的动态响应。

2. 加速度传感器：用于测量结构物体在受到振动力作用下的加速度。

3. 数据采集仪：用于记录并存储从加速度传感器获取的数据。

2.2 实验方法实验步骤如下：1. 准备工作：根据实验需求，调整动力测试仪的振频和振幅。

2. 安装加速度传感器：将加速度传感器安装在结构物的合适位置，确保传感器与结构物之间的接触良好。

3. 连接设备：将加速度传感器与数据采集仪连接，并确保连接稳定。

4. 开始实验：通过动力测试仪施加不同振频和振幅的外部振动力，观察结构物的动态响应，并使用数据采集仪记录加速度数据。

5. 数据分析：将数据采集仪记录的加速度数据导入计算机，使用合适的数据处理软件进行分析，得出结构物在受到外部振动力作用下的响应特性。

3. 实验结果与分析通过实验获得的结构物的加速度数据可以得出如下结论：1. 结构物的自然频率：通过观察加速度-时间曲线的振幅变化，可以确定结构物的自然频率。

自然频率是结构物在无外部振动力作用下自由振动的频率。

在实验中，我们观察到当外部振动力的频率与结构物的自然频率接近时，结构物的振幅达到最大值。

2. 结构物的阻尼比：阻尼比是描述结构物在受到外部振动力作用下能量耗散程度的参数。

在实验中，我们通过观察加速度-时间曲线的振幅衰减情况，可以估计结构物的阻尼比。

通常情况下，结构物的阻尼比越大，其对振动的抑制能力越强。

3. 结构物的共振现象：在实验中，我们发现当外部振动力的频率与结构物的自然频率相差较小时，结构物的振幅明显增大，出现共振现象。

这表明结构物在共振频率附近的振动能量吸收与耗散不均衡，可能导致结构物的破坏或加剧损坏。

实验一静态应变测量原理在电阻应测量中，如在电桥中仅接入一个电阻应变片，则实际测量值中含有由于温度变化时构件产生的应变，这是实验中所不希望的，通过适当的接线方式，可消除温度的影响，在课本中有许多不同的接线方式，主要分为两大类，一是设置专门温度补偿片，这种方式又可分为公共补偿与单片补偿两种，二是通过工作片间互相补偿，称为互相补偿或自补偿，接线要有一定的技巧。

掌握电阻应变测量中的温度补偿方式及不同接线方式的测量结果的区别是很重要的。

一、实验目的1、熟悉电阻应变仪的操作规程；2、掌握电阻应变仪测量的基本原理；3、学会用电阻应变片作半桥测量的方法；4、掌握温度补偿的基本原理。

二、实验设备及仪表1、DH3819型静态电阻应变仪；2、等强度梁；3、电阻应变片，导线。

三、实验内容进行两种电阻应变测量接线方法的实验，掌握电阻应变测量的不同接线基本原理，以及消除温度影响的方法，根据实验结果分析两种接线不同测量数值理论依据。

四、试验方法1、1/4桥接线+公共补偿：单片补偿接线方法：将应变片R1接于应变仪1组，Eg、接线柱，温度补偿片R2接于、0接线柱，则构成外半桥，另内半桥由应变仪内部两个标准电阻构成。

输入应变片灵敏度系数，导线电阻，应变片电阻。

公共补偿接线方法：断开补偿组的连线，将公共补偿接线连接于该组，将等强度梁的上侧应变片R1接于1组的Eg、接线柱，将等强度梁下侧应变片R3接、0接线柱。

2、半桥接线按应变仪的设计原理更换公共补偿端的接线方式，然后在每个测量桥路中接入两个电阻应变片。

本试验中，在一个测量桥路中按半桥方式接入等强度梁的上下测应变片。

五、实验步骤1、接上述接桥方法分别接通桥路；2、将电阻应变仪调平衡；3、作预加载1公斤，检查仪表和装置；4、正式试验，每级加载1公斤，加三级，记取读数，重复三次。

六、试验报告1、实验方案；2、实验过程；3、整理出实验数据，试验数据填入应变记录表。

（表格见下表）4、比较两种接线方法，分析原因，给出结论。

结构动力试验组合深梁低周反复荷载试验试验大纲学院（系）：土木工程与建筑学院专业班级：土木研1503班学生姓名：学号：指导教师：王雪亮实验目的：组合深梁作为一种新型的耗能构件，可以实现宽范围的刚度渐变调幅。

通过两片跨高比分别为 2. 0 和 1. 0 的组合深梁低周反复荷载试验，研究其破坏过程和破坏机理，得到深梁的滞回曲线、承载力及承载力退化系数、延性系数和能量耗散系数。

通过试验研究，考察结构的破坏模式，通过荷载-位移滞回曲线及各特征点参数，分析试件的耗能机理。

试件模型的设计及制作：组合深梁由钢板单侧覆预制钢筋混凝土板构成，钢板与混凝土板用 M20 高强螺栓相连。

试验设计制作 2 个试件，编号为 CDB-A 和 CDB-B，图 1、 2 分别为CDB-A、 CDB-B 的基本参数。

设计钢板尺寸分别为 450mm×900mm 和 900mm×900mm，厚度为4mm，预制混凝土板尺寸分别为 450mm×720mm 和900mm×720mm，厚度均为 60mm。

试件 CDB-A 的跨高比为 2.0，试件 CDB-B 的跨高比为1.0( 注: 深梁沿竖向的尺寸为跨度，沿水平方向的尺寸为高度) 。

试件的安装与就位：钢板-混凝土组合深梁的组装和试验试件见图 3。

将试件固定于底梁，底梁通过地锚栓与地梁固定( 图 4) 。

为了保证水平力施加在深梁平面内，应设置作动器连接件平面外支撑，具体做法是: 在作动器连接件两侧分别安装刚度足够大的钢梁，并在钢梁上安装滑轮。

在作动器连接件两侧焊接小钢板形成滑轮的轨道，保证侧向荷载作用在深梁平面内。

由MTS 作动器施加反复水平荷载，最大可加荷 500kN。

作动器一端与反力墙铰接，另一端通过连接件与作动器连接件螺栓相连( 图 4) 。

试验布置 2 个量程 5cm 的位移计，在试件顶部布置了位移计 1，底部布置了位移计 2。

考虑到底梁在加载过程中会有移动，布置了百分表 1( 图 4a) 。

结构动力特性测量实验辅导资料主题：结构动力特性测量实验的辅导资料学习时间：201年36月24日－7月21日内容：这周我们将学习结构动力特性测量实验的相关内容。

一、学习要求学习要求及需要掌握的重点内容如下：1、掌握实验的目的；2、掌握实验主要的仪器和设备；3、掌握实验的整个实验步骤；4、掌握实验数据的处理方法。

二、主要内容结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能，主要包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等，这些参数与外荷载无关。

测量结构动力特性参数是结构动力试验的基本内容，在研究建筑结构或其他工程结构的抗震、抗风或抵御其它动荷载的性能和能力时，都必须要进行结构动力特性试验。

通过结构动力特性的测量，能够得到结构的自振频率，可以避免和防止动荷载所产生的干扰与结构共同作用产生的共振现象。

此外，受损开裂结构的刚度减小，导致结构自振周期变长，阻尼变大，因此结构动力特性试验可以为检测、诊断结构的损伤积累提供可靠的资料和数据。

本次实验的题目为《结构动力特性测量实验》。

(一)本次试验的目的1、了解动力参数的测量原理；2、掌握传感器、仪器及使用方法；3、通过振动衰减波形求出简支梁的固有频率和阻尼比；(二)本次试验使用的仪器、设备及试验构件本次实验需要用到的仪器和设备主要包括三个：1振动传感器，也叫拾振器，主要是用来将振动信号转换成电荷信号输出；优点是体积小、重量轻、对被测物体影响小，频率范围宽、动态范围大，主要参数如表所示，我们在振动传感器的选择上最关心的指标是灵敏度、频率范围和量程。

2、与之配套的电荷适配器，主要作用是将压电传感器的电荷信号转换成电压信号；3东华动态信号测试分析仪，主要用来采集振动传感器输出的电信号，并将其转换成数字量传递给计算机。

除了上述传感器和数据采集设备，试验中还用到了用于数据记录的笔记本电脑、锤子和木制简支梁，其参数如下表所示：截面高度(mm)截面宽度(mm)长度(mm)跨度(mm弹性模量(GPa)重量(kg)自振频率理论值(Hz)61185203518501012.734.35(三)试验原理1、阻尼比和固有频率的计算方法究竟如何来确定体系的阻尼比和固有频率呢？同学们看下面公式：f=f1-C2d这里0为阻尼比，和分别为有阻尼和无阻尼振动频率。

1.结构试验分类：研究性试验和检验性试验（目的）、静力试验和动力试验（荷载性质）、实体试验和模型试验（试验对象不同）、实验室试验和现场试验（试验场合）、破坏性试验和非破坏性试验（是否被破坏），以及短期荷载试验和长期荷载试验（荷载作用时间的长短）。

2、结构检测是为评定结构工程的质量或鉴定既有结构的性能等所实施的监测工作。

检测包括检查和测试。

结构检测可分为结构工程质量的检测和既有结构性能的检测。

研究性试验的全过程：①设计阶段（试件设计、加载方案设计、测量方案设计、安全措施）；②准备阶段（试件制作、试件安装、仪器调试）；③实施阶段（加载试验、观测试验）；④总结阶段（数据处理、试验分析、试验报告）。

什么是研究性试验？研究性试验具有研究探索和开发的性质，其目的在于验证结构设计的某一理论，或验证各种科学的判断、推理、假设及概念的正确性，或者是为了创造某种新型结构体系及其计算理论，而系统的进行的试验研究。

什么是检验性试验？检验性试验对象一般是真实的结构或构件，其目的是通过试验来检验结构构件是否符合结构设计规范及施工验收规范的要求，并对检验结果做出技术结论的试验。

常用的加载方式有哪些？重物加载、气压加载、机械机具加载、液压加载、动力加载。

重物直接加载时应注意哪些问题？当采用铸铁砝码、砖块、袋装水泥等作为均布荷载时，应注意重物尺寸和堆放距离；当采用砂石等松散颗粒材料作为局部荷载时，切勿连续松散堆放，宜采用袋装堆放，以防止砂石材料摩擦角引起的拱作用；当环境温度不同时，可能引起砂石重量随含水率而变化，造成荷载值的不稳定。

液压加载系统有哪几部分组成？优点？油泵、油管系统、千斤顶、加载控制台、加载架和试验台。

优点是利用油压使液压千斤顶产生较大的荷载，试验操作安全方便。

量测技术包括量测方法，量测工具，量测误差分析量测仪表的基本量测方法，偏位测定法，零位测定法量测仪器通常由哪几部分组成？感受部分、放大部分、显示记录部分。

感受部分，直接与被测对象连系，感受被测参量的变化，并将此变化传给放大部分，对于电测仪来说感受部分将非电量的量测对象转换为电量放大部分，将感受部分传来的被测参量通过各种方式进行放大显示记录部分，将放大部分传来的量测结果通过指针或电子数码管屏幕进行显示或通过各种记录设备将实验数据或曲线记录下来。

《结构动力试验》教学大纲
课程编号：1322018
英文名称：Structural Dynamical Testing
课程类别：选修课学时：36 学分：2
适用专业：结构工程
预修课程：结构动力学
课程内容：
内容：介绍对各类土木结构或模型结构进行动态检测或动力试验的试验原理和应用技术。

内容包括：传感器的原理及标定；测振放大器和滤波器的使用；结构模型设计；数据信号的采集处理的原理及软件应用；低周反复加载静力试验进行结构抗震性能试验的方法；结构动力特性试验的原理及方法；结构地震模拟振动台试验的加载制度和加载设计；用Simulink软件实现不同智能控制策略；dSPACE智能控制与仿真系统实现不同智能控制策略对结构的控制。

预期目标：使学生掌握模型设计的基本方法、结构试验常用仪器的原理及性能、动力试验的组织实施及数据采集和处理系统软件的应用。

重点和难点：传感器的原理及标定；结构模型设计，包括用相似律和量纲法进行模型设计、根据实验条件确定试件的形状，尺寸和数目、确定施加荷载和观测方案；数据信号的采集处理的原理及软件应用；结构地震模拟振动台试验的加载制度和加载设计；dSPACE智能控制与仿真系统实现不同智能控制策略对结构的控制。

教材：
周明华. 土木工程结构试验与检测. 南京：东南大学出版社，2002
参考书目：
1. 姚振纲. 刘祖华. 建筑结构试验. 武汉：武汉大学出版社，2001
2. 范云霄. 刘桦. 测试技术与信号处理. 北京：中国计量出版社，2003
3. dSPACE EXPEREMENT GUIDE. 内部资料
考试方式与要求：
课程论文或者试验方案。

【思考题】 1.列举几个建筑工程中需要考虑振动问题的方面？ 2.结构动载试验主要包括哪三类情况？ 3.测振系统由哪几部分组成？画出仪器组成框图，并说明各部分的作用？什么是压电效应？ 4.动载试验中产生动荷载的方法有哪几种？ 5.何为结构的动力反应与动力特性？它们有何区别？ 6.结构动力特性试验测定方法有哪三种？简述共振法的测定原理？ 7.光线示波器的工作原理？
8.为什么对结构构件——特别是钢筋混凝土构件的疲劳性能的研究比较重视？ 9.疲劳试验时，如何确定试验荷载取值、荷载速度及作用次数？ 10.通常情况，疲劳试验的过程是怎样的？。