第七章 结构动力特性试验byLWS(ok)

桥梁设计中的结构动力特性研究桥梁作为连接城市交通的重要媒介，其设计与建设对整个城市的交通流畅性与经济发展有着重要的影响。

在桥梁设计中，结构动力特性研究是其中十分重要的一部分。

在结构动力特性研究中，桥梁的稳定性、可靠性以及安全性都需要考虑进去。

一、结构动力特性分析在桥梁结构动力特性分析中，对于桥面板的动态响应进行评估非常重要。

在正常的车辆行驶过程中，通过对道路质量、车辆速度以及车辆类型等方面进行综合分析，可以得出桥梁结构在不同的动态载荷下的响应特性。

二、模型试验在桥梁结构动力特性研究中，模型试验是一种较为常用的方法。

通过在实验室中制作出桥梁模型，并且进行相应的动态荷载测试，可以有效的评估出桥梁结构的稳定性与可靠性。

三、有限元分析有限元分析是一种结构测试中常用的方法，同样也可以在桥梁设计中应用。

有限元分析软件可以模拟不同动态载荷下桥梁结构的响应，评估桥梁的稳定性、可靠性以及安全性。

通过对桥梁的有限元模型进行建立和分析，可以有效的避免试验过程中可能出现的人为差错，减少了人力成本，提高了实验的效率。

四、优化设计在桥梁结构的设计过程中，如何进行优化设计是其重要的一环。

结构动力特性的研究，可以为优化桥梁的结构提供有效的数据支持。

通过对不同的桥梁结构数据进行分析，可以了解到他们的不同响应特点，从而进行相应的设计调整，以达到更为稳定、可靠、安全的效果。

结构动力特性研究在桥梁设计中具有不可替代的地位。

通过对不同桥梁结构进行细致的研究分析，对桥梁结构的稳定性、可靠性、安全性进行全面评估，进而为桥梁的优化设计提供有效的数据支持。

相信随着技术的不断发展完善，桥梁结构的设计也会愈加完善，服务于我们日益发展的交通和城市建设。

结构动力特性的测试方法及应用(讲稿)一. 概述每个结构都有自己的动力特性，惯称自振特性。

了解结构的动力特性是进行结构抗震设计和结构损伤检测的重要步骤。

目前，在结构地震反应分析中，广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法，但需要以确定结构的动力特性为前提。

n 个自由度的结构体系的振动方程如下：[][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎭⎬⎫⎩⎨⎧ 式中[]M 、[]C 、[]K 分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵，均为n 维矩阵；{})(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵；{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵；{})(t y为速度响应的n 维随机过程列阵；{})(t y为加速度响应的n 维随机过程列阵。

表征结构动力特性的主要参数是结构的自振频率f （其倒数即自振周期T ）、振型Y(i)和阻尼比ξ，这些数值在结构动力计算中经常用到。

任何结构都可看作是由刚度、质量、阻尼矩阵（统称结构参数）构成的动力学系统，结构一旦出现破损，结构参数也随之变化，从而导致系统频响函数和模态参数的改变，这种改变可视为结构破损发生的标志。

这样，可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损，进而提出修复方案，现代发展起来的“结构破损诊断”技术就是这样一种方法。

其最大优点是将导致结构振动的外界因素作为激励源，诊断过程不影响结构的正常使用，能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。

从传感器测试设备到相应的信号处理软件,振动模态测量方法已有几十年发展历史，积累了丰富的经验，振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。

随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高，结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测，并可得到比较精确的结构动态特性（如频响函数、模态参数等）。

目前，许多国家在一些已建和在建桥梁上进行该方面有益的尝试。

测量结构物自振特性的方法很多，目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法和自由振动法。

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。

第七章结构动力特性试验7.1概述建筑结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能。

它的主要内容包括结构的自振频率、阻尼系数和振型等一些基本参数，也称动力特性参数或振动模态参数。

这些特性是由结构形式、质量分布、结构刚度、材料性质，构造连接等因素决定，但与外荷载无关。

建筑结构动力特性试验量测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、抗风或抗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，了解结构的自振特性。

1．在结构抗震设计中，为了确定地震作用的大小，必须了解各类结构的自振周期。

同样，对于已建建筑的震后加固修复，也需了解结构的动力特性，建立结构的动力计算模型，才能进行地震反应分析。

2测量结构动力特性，了解结构的自振频率，可以避免和防止动荷载作用所产生的干扰与结构产生共振或拍振现象。

在设计中可以便结构避开干扰源的影响，同样也可以设法防止结构自身动力特性对于仪器设备的工作产生干扰的影响，可以帮助寻找采取相应的措施进行防震，隔震或消震。

3．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。

由于结构受动力作用，特别是地震作用后，结构受损开裂使结构刚度发生变化，刚度的减弱使结构自振周期变长，阻尼变大。

由此，可以从结构自身固有特性的变化来识别结构物的损伤程度，为结构的可靠度诊断和剩余寿命的估计提供依据。

建筑结构的动力特性可按结构动力学的理论进行计算。

但由于实际结构的组成，材料和连接等因素，经简化计算得出的理论数据往往会有一定误差。

对于结构阻尼系数一般只能通过试验来加以确定。

因此，建筑结构动力特性试验就成为动力试验中的一个极为重要的组成部分，而引起人们的关注和重视。

结构动力特性试验是以研究结构自振特性为主，由于它可以在小振幅试验下求得，不会使结构出现过大的振动和损坏，因此经常可以在现场进行结构的实物试验，正如本章所介绍的试验实例。

当然随着对结构动力反应研究的需要，目前较多的结构动力试验，特别是研究地震，风震反应的抗震动力试验，也可以通过试验室内的模型试验来测量它的动力特性。

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) 。