1、目錄第1章 測試的目的1第 2 章 高層建筑結構現場動力特性測試方法32.1概述32.2 影響高層建筑動力測試的環境因素32.3高層建筑結構脈動測試測點分類32.3.1水平振動測點32.3.2扭轉振動測點42.4測點及測站布置原則42.4.1找好中心位置布置平移振動測點。42.4.2在建筑物的兩側布置扭轉測點42.5 傳感器布置的方法5第3章 西安建筑科技大學XX大樓現場動力測試63.1 結構概況63.2 測試目的63.4 測試儀器設備63.5 測試方案63.6 脈動過程記錄73.7結果分析93.8 結論11參考文獻12 第 1 頁第1章 測試的目的高層建筑結構的動力特性指它的自振頻率、振型及

2、阻尼比.雖然這些動力特性可以通過理論計算求得，但通過測試所得的動力特性仍然具有重要意義。主要表現在以下幾個方面:.檢驗理論計算理論計算方法求結構的自振頻率時存在誤差。于在理論計算過程中，要先確定計算簡圖和結構剛度，而實際結構往往是比較復雜的，計算簡圖都要經過簡化，常填充墻等非結構構件并不記入結構剛度，而且結構的質量分布、材料實際性能、施工質量等都不能很準確的計算。因此，計算周期與實測周期相比，往往相差很多，據統計，大約前者為后者的1.5-3倍。這樣，如果直接采用理論計算的自振周期計算等效地震荷載，往往使內力及位移偏小，設計的結構不夠安全。因此，理論周期要用修正系數加以修正。現場實測可以得到建筑

3、物建成后實際的動力特性，因此是準確可靠的。所得數據可以與理論計算數據進行對照比較，驗證理論計算，也可為設計類似的對于超高層建筑提供經驗及依據。驗證經驗公式通過實測手段對各種不同類型的建筑物進行測試以后，可歸納總結出結構周期的規律，得到計算結構振動周期的經驗公式。在估算結構動力特性及估算地震作用時采用經驗公式可快速得到結果，方便實用。由于實測周期大都采用脈動試驗的方法得到，是反映結構在微小變形下的動力特性，得的周期都比較短，如果激振力加大，結構周期會加長。在地震作用下，隨著地震烈度不同，房屋會有不同程度的開裂破壞，剛度降低，自振周期會變長。因此，完全按照脈動測試的周期來確定同類型結構的周期，將使

4、計算等效地震力加大，設計偏于保守。所以由脈動方法得到的實測周期需要乘以修正系數，再計算等效地震力。在大量測試工作和積累了豐富資料的基礎上，這個修正系數的大小視結構類型、填充墻的多少而定，大約在1.1-1.5之間。在給出經驗公式時，計入這一修正系數，這樣既可以簡化計算，又與實際周期較為接近。.為結構安全性評估及損傷識別提供依據建筑結構的質量問題不容忽視，它是直接關系著千家萬戶的生命財產安全和安居樂業的大事，建筑結構的質量狀態評估日益受到人們的重視。傳統的經驗性的評估方法存在許多缺陷和不足，靜力檢測結構的缺陷也有許多局限性。動力檢測應用于整體結構的質量評估受到國內外學者的廣泛關注。近10年來，國內

5、外學者一直在尋找一種能適用于復雜結構整體質量評估的方法。目前，到普遍認同的一種最有前途的方法就是結合系統識別、振動理論、振動測試技術、信號采集與分析等跨學科技術的振動模態分析法。高層建筑建成以后完好狀態下量測得到的動力特性數據，可以作為基本技術檔案保存。建筑物一旦遭受地震等自然災害或使用了一定的年限以后，再進行測量，可以從中獲得寶貴的對比資料。比如，結構損傷開裂后，結構的自振周期會加長，振型會改變等。從結構的自身固有特性的變化來識別結構的損傷，從而進行安全性評估，并采取相應的科學決策。當然，動力特性測試作為安全評估的一個手段，還要與其他評估工作一起進行全面分析，綜合評定得到滿意的結果。.為改進

6、設計提供依據地震中，建筑物由于扭轉振動導致損壞的例子并不少見，而由于鞭梢效應引起的損壞也很多。由實測數據得到的建筑物的固有頻率，特別是各階模態的振型，對于分析結構的扭轉效應和鞭梢效應、積累經驗、改進設計是很有幫助的。.尋求減小結構振動的途徑結構動力特性實測還可以為解決各類振動問題尋找答案，達到減震、消振和隔振的目的。如從振動頻率入手，避開共振頻率，減小振動幅值第 2 章 高層建筑結構現場動力特性測試方法2.1概述高層建筑結構的動力特性測試 ,目前主要采用脈動測試的方法。建筑物的脈動是一種微小的振動 ,脈動源來自地殼運動引起的微小振動 ,地面車輛運動、機器運轉所引起的微小振動 ,以及風振引起的建

7、筑物的微小振動等。該方法利用高靈敏度的傳感器、放大器及記錄設備 ,借助于隨機信號數據處理的技術 ,量測環境激勵結構物的響應 ,分析確定結構物的動力特性。它可以不利用任何激振設備 ,對建筑物沒有損傷 ,也不影響建筑物內部正常工作 ,是一種有效而簡便的方法。2.2 影響高層建筑動力測試的環境因素高層建筑周圍的環境對脈動測試結果有著重要的影響，高層建筑大多建于鬧市區，周圍車水馬龍，環境噪聲大，這對脈動測試的干擾很大，影響了數據的精確性 。因此，如何選取合適的時機，采用性而有效的方法減少噪聲的影響值得研究。另外，內部激勵尤其是近傳感器的激勵，會對測試產生很很大影響。因此，在進行現場實測時，應該采取有效

8、措施，減少環境噪聲和局部環境振動的影響。2.3高層建筑結構脈動測試測點分類測點的布置應考慮測站、傳感器、布線、人員調度以及現場條件等因素。已經完成的高層建筑結構現場動力特性測試表明，測點歸納為以下幾種:2.3.1水平振動測點水平振動測點用于測試樓層的水平振動。高層建筑從它振動狀態來分析一般可以分為水平方向的振動，扭轉振動和垂直振動。為了區分于扭轉振動，習慣上把水平方向的振動稱為結構的平移振動。這種振動一般可分為橫向振動與縱向振動兩種。現時結構的平面形式很多是方行或圓形的，在描述結構振動時也常常描述為X方向振動，Y方向振動。當然，平移振動除了橫向、縱向(X.Y方向)振動外，還有任意方向的振動，但

9、是主要關心的是這兩個方向的振動。2.3.2扭轉振動測點扭轉振動測點用于測試樓層的扭轉振動。地震破壞的實踐表明，建筑物由于扭轉振動導致損壞的例子并不少見，因此盡量減少結構的扭轉效應是設計師們應該注意的。但是由于有的建筑物太長，有的建筑物質量偏心太大，有的建筑物屬于不對稱結構，剛度中心偏離質量中心較大，還有的建筑，盡管設計時已經考慮到減小扭轉效應的影響，但由于施工、使用等種種原因的影響，或多或少的會出現扭轉振動。振動信號有的數倍于平移振動信號，因此扭轉振動信號的測試是很重要的。 2.4測點及測站布置原則一棟高層建筑，從什么部位來撿拾它的振動信號才能得到預期的效果，這是一個十分重要的問題。振動信號的

10、拾取要靠傳感器的布點來實現，因此傳感器布置在什么部位，就是一個關鍵的工作。在進行測試時，測站位置的布置，也很重要，因為這關系到導線的放取，合理的布置將大大節省花費在導線放取上的時間和體力。在此提出以下幾點測點和測站布置中的原則:2.4.1找好中心位置布置平移振動測點。在布置平移振動測點的時候，傳感器一般安放在建筑物的剛度中心，其目的是為了讓傳感器接收到的信號僅僅是平移振動信號，扭轉振動信號不要進來，這樣在做數據分析處理時便于識別平移振動信號。當受到現場試驗條件的限制，不可能在建筑物的剛度中心安放傳感器時，要盡可能地靠近剛度中心，使扭轉振動信號盡可能的小，突出平移振動信號。在現場試驗時，剛度中心

11、不易確定，平面位置的幾何中心容易找到，傳感器可放至幾何中心。2.4.2在建筑物的兩側布置扭轉測點建筑物的扭轉振動是整個建筑物繞著結構的扭轉中心在轉動，因此它越遠離扭轉中心，振動也就越大。顯然，該類型的測點布置于遠離扭轉中心的位置。對于比較規則的結構，樓層扭轉測點通常布置于遠離幾何中心的兩側對稱布置，而且在位置較高的一兩個樓層布置扭轉測點。但是對于體型復雜的結構，受扭轉效應影響比較大，也很難確定扭轉中心位置，為測得扭轉頻率及振型，常常在不同樓層的不同位置適當多布置幾個測點。甚至有時在布置測點的所有層都布置扭轉測點。2.5 傳感器布置的方法測試時按傳感器布置方向有“單軸法”和“雙軸法”之分。“單軸

12、法”，即樓層的測點各布置一個傳感器，其方向為水平振動的一個主軸方向。待此方向測試完畢后，傳感器轉至另一主軸方向再進行測試。該方法適用于區域內測點較少的情況。“雙軸法”則在同一測點布置兩個傳感器，同時沿水平和縱向進行測試。該方法適于結構特性復雜、區域內測點較多的情況。 第3章 西安建筑科技大學XX大樓現場動力測試3.1 結構概況3.2 測試目的對西安建筑科技大學工科樓的原型結構進行脈動測試，獲得原型結構的自振頻率、阻尼和振型等動力特性，為類似工程提供參考。結構現場測試期望得到以下結果：1 結構自振頻率2 結構阻尼比3 結構振型3.4 測試儀器設備此次測試所采用的儀器設備有：1. 北京東方振動與噪

13、聲技術研究所生產的INV智能信號采集處理分析儀；2. 中國地震局工程力學研究所生產的891型16線功率放大器；3. 中國地震局工程力學研究所生產的891-2型拾振器；4. 聯想便攜式計算機；5. 低噪聲導線。3.5 測試方案采用脈動測試的方法對工科樓原型結構進行振動測試：將測站布置在中間樓層，按“單軸法”在結構的每個樓層布置水平振動測試傳感器，測試結構的環境隨機振動，測站及測點的具體布置如圖3.1。對 “東西”方向進行測試，分別測試結構的位移和速度，運用DASP2000專業模態分析軟件對測試結果進行分析，可得到的結構的動力特性。圖3-1 測站及測點布置圖3.6 脈動過程記錄通過脈動測試，可得到

14、XX大樓各樓層同步測試的振動波形（圖3-2）。圖3-2（a）樓層自振波形圖1圖5圖3-2（b）樓層自振波形圖2各樓層脈動測試統計結果見表3-1。表3-1XX大樓各層脈動記錄測點號 最大絕對值 最大值 時間(S) 最小值 時間(S) 平均值 工程單位 1 0.6609 0.62242 239.58 -0.6609 627.84 2.51E-4 mm 2 0.81006 0.81006 592.07 -0.80927 627.84 2.04E-4 mm 3 1.39047 1.38979 680.15 -1.39047 680.54 3.49E-4 mm 4 1.07314 1.05612 847

15、.07 -1.07314 240.14 9.96E-5 mm 5 0.93105 0.91522 592.07 -0.93105 110.63 2.26E-4 mm 6 1.00402 0.9708 592.05 -1.00402 110.63 1.82E-4 mm 7 0.9511 0.9511 282.86 -0.91114 283.08 8.09E-5 mm 8 0.98951 0.92898 110.4 -0.98951 110.57 9.81E-6 mm 9 0.96952 0.92185 847.07 -0.96952 591.55 6.63E-5 mm 10 0.88039 0.

16、85624 361.15 -0.88039 591.56 9.8E-5 mm 11 1.03836 1.03009 848.07 -1.03836 847.58 1.13E-4 mm 12 1.50511 1.50438 580.33 -1.50511 581.71 2.32E-5 mm 13 1.31243 1.31243 848.09 -1.31167 847.54 9.55E-5 mm 14 0.00235 0.00235 240.27 -0.00235 847.19 9.59E-5 mm 15 1.38949 1.28131 493.05 -1.38949 847.52 4.51E-5

17、 mm 16 1.22792 1.22792 846.91 -1.19758 847.48 4.61E-5 mm3.7結果分析經過函數傳遞后，通過結構模態分析可得到結構的頻率、阻尼、振型，由于一階與二階模態對結構產生主要影響，因此，此處選取了一階與二階模態進行分析。表3-2為結構的一階和二階振動的頻率和阻尼比。圖3-6為經模態擬合后，結構的模態分析階數，結構的一階與二階振型，如圖3-7，3-8所示。表3-2 結構的模態頻率和阻尼比階數頻率(Hz)阻尼比(%)10.8760.05322.8680.160建筑抗震設計規范（GB50011-2001）和高層建筑混凝土結構技術規范（JGJ3-2002）

18、規定，鋼筋混凝土高層建筑結構的阻尼比應取0.05，所測結果和規范相符。圖3-6 模態分析階數圖3-7 XX樓1階振型圖3-8 XX樓2階振型3.8 結論本文對XX大樓進行了動力測試及分析，其結論如下：對結構的位移振動測試分析可知，隨著測點所在層數的增加,樓層的振動均相應增大，這與模態分析中結構的一階模態占主要成分是一致的；對結構的速度振動分析可知，結構的一階自振頻率為0.876，對應的阻尼比為0.053%，與建筑抗震設計規范（GB50011-2001）中規定的鋼筋混凝土高層建筑結構的阻尼比接近；本文測試所得的結果可以為改進經驗公式、改進高層建筑結構設計、結構安全性評估及損傷識別提供依據。參考文

19、獻1 曹樹謙，張文德，蕭龍翔.振動結構模態分析 理論、實驗與應用.天津大學出版社，20012 李國強，陳素文，李杰，陸雪平.上海金茂大廈結構動力特性測試3 呂西林，施衛星，沈劍昊，范佩芳.上海地區幾棟超高層建筑振動特性實測，20074 儲德文，王明貴，譚世友.鋼結構房屋動力特性實測與分析，20075 李正農，劉福義，李秋勝，吳紅華.高層建筑動力反應實測中測點的優化布置方法的研究，20036 李國強 ,李杰 ,李炳生. 高層建筑檢測方法、研究與應用.振動、測試與診斷 ,1998 （2）7 張令彌.振動測試與動態分析.航空工業出版社，19928 張思.振動測試分析技術.清華大學出版社，19929 李國強，李杰.工程結構動力檢測理論與應用，科學出版社，200210 王廣軍,王玉朋,陳德彬.建筑自振周期經驗公式一些問題的探討.