1、中文翻譯施工期鋼筋混凝土框架結構的動力特性摘要：對隨時間變化的力學參數、混凝土澆筑、臨時模板支撐系統和施工機械對施工期混凝土框架結構的結構動力特性的影響進行了試驗分析研究。應用環境激勵法對一棟8層混凝土框架的第6層和屋頂施工階段的動力特性進行檢測。試驗獲得各施工階段的結構響應傳遞函數，及其模態頻率、振型和阻尼比，分析了施工階段結構響應傳遞函數，及其模態頻率、振型和阻尼比的變化。結果顯示，固有頻率和阻尼系數在澆筑新混凝土時達到最大值，尤其是對于高層建筑來說。施工階段模式阻尼系數比一般小于5%。關鍵詞：結構動力學；外界擾動；施工期結構；模態；固有頻率；阻尼系數比1.前言結構的動力特性是建筑物自身固

2、有的特性，一般是指結構的固有頻率(或者振動周期)、振型及阻尼比。建筑物的地震反應是由地面運動的性質和結構本身的動力特性決定的；此外，在脈動風荷載作用下建筑物的反應也與結構動力特性相關。因此，在計算地震反應和確定風荷載時，結構的動力特性(自振頻率、振型及阻尼比)是十分重要而基本的參數。在建筑結構設計或者工程結構的抗震、抗風或抵御其他動力荷載的性能時，都必須要進行結構動力特性試驗，了解結構的動力特性，確保在某種超越概率的動力災害作用下結構的安全。1980年，MEYYAPPA等利用環境振動響應數據估算了高層建筑的模參數。SCHUSTER等在1994年研究了32層建筑的動力行為。MEMARI依據環境振

3、動和簡諧振動分析熱壓處理的多孔鋼筋混凝土的動力行為。2001年，ELLIS和BOUGARD對木結構建筑做了類似的研究。本文通過對某一層結構處于施工過程中的混凝土框架結構進行結構動力特性試驗，研究其模板支撐系統搭建階段、鋼筋綁扎階段、混凝土澆筑、混凝土養護階段和下層模板支撐系統拆除階段等一個施工周期中的各個階段的混凝土框架結構自振頻率和響應傳遞函數曲線的變化規律；試驗研究屋頂的混凝土澆筑階段和各層臨時模板支撐系統拆除等各個施工過程的混凝土框架結構動力特性的變化規律。2.結構概況本研究中的結構為某集體宿舍公寓樓中8層規則現澆鋼筋混凝土框架結構，平面規模為16.80 m×25.20 m，如

4、圖1所示。該建筑從地基算起高25.80m，從地平面算起高24.30m。第一層高3.3m，二至八層均為3.00m。該框架結構混凝土強度等級為：框架柱：1至4層為C40，5至8層為C35。標準層樓板厚度為110mm。底層柱截面為400x500mm，框架柱截面隨著層數的增加而依次遞減，頂層柱截面為300x400mm。基底系統包含厚度為120mm的現澆混凝土并且其框架梁和樓板均為C30。底層框架施工周期為9天，其余層施工周期為7天。框架結構施工采用三層模板支撐，施工模板采用9層竹質膠合板。施工程序包括：（1）配置支撐；（2）捆綁鋼筋；（3）澆筑混凝土；（4）混凝土固化；（5）移除低層的網格和支撐板，并

5、將其移到下一層。試驗貫穿整六層施工全過程，分為八個階段。連通層及施工階段如表1所示。各個工況數據采集間隔時間約為24±3小時。每一試驗階段的環境振動數據被分別記錄下來以評估它的動力特性。圖1. 標準層的結構平面布置圖表1. 第1個試驗階段的8個試驗工況工況第3層樓面第4層樓面第5層樓面第6層樓面時間1拆模養護養護計時起始2養護養護養護搭建模板支撐系統1天3養護養護養護搭建模板支撐系統2天4養護養護養護鋼筋綁扎3天5養護養護養護鋼筋綁扎4天6養護養護養護混凝土澆筑5天7養護養護養護養護6天8養護拆模養護養護7天3. 環境振動測試與分析環境振動試驗的目的是研究鋼筋混凝土結構在施工期的動力

6、特性。因此，這些測試是為了估計模態頻率，模態形狀和阻尼系數比用測試環境振動的方法。拾振器布置于各樓層幾何中心，測量方向沿K軸。過去的經驗顯示，施工期和使用期的環境振動試驗的結構動力特性是較準確的，環境振動試驗是獲取結構特性較可行的途徑。而且試驗不需關閉建筑設備，正常運行的情況下就可以完成試驗。對環境刺激的響應（微振、風、交通）傾向于自然模態。因此，通過傅里葉變換很容易確定其主頻率。因為環境振動大多數都振幅微小，所以需要高靈敏的儀器。本試驗中，測試系統包括加速器、信號放大器和數據存儲器，每一樓層的環境振動都被同步記錄并儲存。該系統的加速度分辨率為1×10-5 m/s2，通頻帶為l30H

7、z。所有通道的每一個記錄器以每秒256個樣品的速度記錄數據。理論上，當結構受到環境振動激勵，它的響應將是最強的，接近共振頻率。在從響應記錄獲取的傅里葉光譜曲線上共振出現在波峰處。此外，對于真實振動模式的低阻尼結構來說，這些波峰與結構的固有頻率相符合。在分析環境振動時，常應用到以下兩個最重要的假設。（1）激勵有足夠的隨機帶寬，以便使至少三到四個結構模式受到激勵。（2）共振模式有低阻尼，共振頻率很明顯，并容易區分。在以上假設條件下，最大振幅的頻率可以看作是建筑的共振頻率。由于記錄的信號數據包括對評估動力特性毫無作用的直流分量，所以，將其按如下方法去除掉。式中， 為原始振動信號序列；為消除直流分量的

8、信號序列，為信號均值。能獲取環境振動是很方便的。然而，環境振動的振幅太低，以至于記錄的數據受到噪音的干擾。所以，僅僅依靠傳統的光譜分析技術來分析環境振動是很困難的。平均頻譜計算如下：首先，數據依時間序列分為幾個部分，相鄰部分有所重疊。將分為其中，為第l信號序列.k=l，K，K為信號序列段的數據點數；l=1，L，三為信號序列總分段數。為各信號序列段的重疊系數。其次，在使用短期傅里葉變換計算過程中，用海明窗口函數來減緩頻繁滲漏的影響：H( )表示海明窗口函數，k=0,1,N-1.最后，率帶寬法進行模態阻尼比估計的算法如下式所示：或 式中，fn為共振峰峰值頻率；f1、f2分別為幅值為時對應的頻率點，

9、A為共振峰幅值，f 為半功率帶寬。f 為半功率帶寬的準確性直接影響阻尼比的估計精度。因為功率譜線由離散數據構成，而非連續譜線。為提高f 為半功率帶寬的準確性，采用三次樣條插值估計幅值為時對應的頻率點f1、f2。依據不同層的加速度反饋和快速傅里葉變換獲得的相位差，模型可以從地基環境振動共振頻率層之間自振頻率比獲得。為了解決實際問題，應用如下步驟：一、消除信號的直流部分；二、計算平均頻譜；三、依據平均頻譜，共振頻率被分為結構的局部特性和工程邏輯及經驗的合并。四、估計模態阻尼比。五、估計模態。表2 信號處理參數參數取值信號序列持時1800s采樣頻率256Hz信號序列分析段的數據點數4096信號序列分

10、析段的重疊系數 1/24.施工期結構的動力特性環境振動試驗分為8個階段。在各層和地基放置加速器時均進行校準。此試驗的目的在于確定建筑工程對動力特性的影響。對環境振動進行了傅里葉光譜分析，地基運動的自功率譜和各層與地基之間的交叉功率譜均進行了計算。圖2顯示第一工段的結果圖。圖3是第六工段，圖4是第八工段，分別顯示出移除支柱的第三層，現澆混凝土的第六層和移除支柱的第四層的頻率范圍特征。第8工段的地基模態頻率，阻尼系數比以及模態振型分別顯示在圖5,6,7中。如圖2-7中所示，隨著時間的增加，結構的堅硬度增加。同時，傳送支柱和捆綁的螺紋鋼筋增加了局部質量。以上增加速率影響著動力特性：地基模態頻率從第一

11、工段到第二工段都增加，三到四工段減少，然而阻尼系數比從第一工段到第五工段都減少。圖2 第1試驗階段第1工況圖3 第1試驗階段第6工況圖4 第1試驗階段第8工況圖5 第1階自振頻率變化圖圖6 第1階阻尼比變化圖圖7 不同施工階段的基底模態振型施工期現澆混凝土和操作建筑設備的振動對動力特性的影響是非常明顯的。在建筑階段，現澆混凝土在第六施工階段貢獻巨大，第六階段的固有頻率達到最小值，但阻尼系數達到最大值。自功率譜曲線如圖3所示： （1）由曲線振幅看出，現澆混凝土和操作建筑設備的影響對二三模式的影響比基底的影響大。（2）從第五層截面譜曲線看出，二三模式頻率比其他的低，這是因為其他模移除了共振頻率。（3）功率譜曲線表明第一層的振幅小于其他層。如圖7中所示，第六階段的基底模態振型和其他階段的不同。圖6所示，很明顯，在施工階