1、工程結構動力試驗本章提要：1.介紹動力試驗的激振設備及其功能、原理和有關性能指標；2.測振儀器系統的構成及其功能、原理和性能指標；3.結構動力試驗獲取動參數的測試手段和方法。土木工程結構試驗工程結構動力試驗本章提要：土木工程結構試驗土木工程結構試驗1 概述動荷載隨時間而變化的荷載。（沖擊、隨機荷載（風、地震）結構所承受的動力荷載的方式： （1）地震作用 （2）機械設備振動和沖擊荷載 （3）高層建筑和高聳結構的風載 （4）車輛運動對橋梁的振動 （5）海浪對采油平臺的沖擊 （6）爆炸引起的振動 （7）周圍環境的隨機振動土木工程結構試驗1 概述動荷載隨時間而變化的荷載。（沖擊、2 激振設備振源：（1

2、）自然振源：地面脈動、氣流所致振動，爆破、動力設備、運輸設備、起重設備等運行中產生的振動；（2）人工振源：有目的的激振。（本節內容）介紹三種設備：1. 電磁式激振器；2.機械偏心式激振器；3.結構疲勞試驗機。信號發生器功率放大器激振器被振物土木工程結構試驗激振系統框圖2 激振設備振源：信號發生器功率放大器激振器被振物土木工程結土木工程結構試驗2.1 電磁式激振器工作原理當動圈內通入交變電流時，載流動圈在固定磁場作用下產生交變力F: 電磁式激振結構圖 土木工程結構試驗2.1 電磁式激振器工作原理 電磁特點：體積小，使用方便，較經濟，是要求激振力不大的小型結構或模型理想的激振設備，工程中應用較多。

3、土木工程結構試驗 電磁式激振器各式安裝示意圖 1試件；2橡皮繩；3連接桿；4可升降裝置；5支架 特點：體積小，使用方便，較經濟，是要求激振力不大的小型結構或2.2 偏心式激振器2.2 偏心式激振器優點：激振力范圍大（由幾十牛到幾兆牛）。缺點：頻率范圍較小，一般在100Hz以內，因此，低頻時激振力不太大。另外，激振力和頻率不能各自獨立變化。處理數據時為使激振力為常力，得進行處理。土木工程結構試驗一周內垂直慣性力數值變化圖偏心式激振器優點：激振力范圍大（由幾十牛到幾兆牛）。土木工程結構試驗一周工作原理一個偏心質量塊隨轉輪轉動時產生離心力：當上下兩個偏心質量塊左右對稱放置，然后作等速反向旋轉時，兩偏

4、心塊的慣性力的合力在水平方向為零，豎直方向作簡諧振動。土木工程結構試驗工作原理土木工程結構試驗2.3 結構疲勞試驗機土木工程結構試驗 結構疲勞試驗機外觀圖 結構疲勞試驗機脈動工作原理 2.3 結構疲勞試驗機土木工程結構試驗 結構疲勞試驗機實驗工程結構動力試驗課件 2.4 反沖小火箭通過在其小型鋼筒體內放入固體火藥，采用直流電源短路的方法點火，使筒體內產生高溫（可高達220033000C）氣體，并以高壓、高速噴出，對被測結構產生一個反推力，對結構激振。土木工程結構試驗 2.4 反沖小火箭通過在其小型鋼筒體內放入固體火藥，3 測振儀器動力試驗測振儀器系統由三部分組成：5.3.1 測振儀器的性能指標

5、（1）靈敏度；（2）頻率范圍；（3）相位差；（4）動態線性范圍；（5）抗干擾能力。測振傳感器測振放大器測振記錄儀振源測振傳感器（拾振器）：把機械運動如位移、速度、加速度轉換成電量輸出。土木工程結構試驗測振儀器系統框圖3 測振儀器動力試驗測振儀器系統由三部分組成：測振傳感器測振3.2 慣性式測振傳感器 1.慣性式測振傳感器的力學原理 土木工程結構試驗3.2 慣性式測振傳感器土木工程結構試驗2.磁電式拾振器的換能原理 輸出電動勢與被測振動體的振動速度成正比 磁電式拾振器換能原理 1彈簧；2質量；3線圈；4磁鋼；5儀器外殼2.磁電式拾振器的換能原理 3.壓電式加速度傳感器 加速度傳感器結構原理1儀器

6、外殼；2硬彈簧；3質量塊；4壓電晶體；5輸出線3.壓電式加速度傳感器 3.3 測振放大器（放大、衰減，模擬運算）1.電壓放大器（1）積分電路（2）微分電路磁電式拾振器使用微分電路可獲得加速度信號；使用積分電路可獲位移信號。壓電式拾振器使用積分電路得速度信號，再使用一次得位移信號。3.3 測振放大器（放大、衰減，模擬運算）2.電荷放大器（只適用于輸出為電荷的傳感器） U0是電荷放大器輸出電壓： 由于電荷放大器的輸出電壓與連接它的電纜電容無關，故電纜的傳輸距離可達百米，有利于遠距離測試。3.動態電阻應變儀：除了測動應變外，通過標定，可現場知位移、荷載、轉角數值和及變化過程。2.電荷放大器（只適用于

7、輸出為電荷的傳感器）3.動態電阻應變3.4 測振記錄儀 記錄設備的種類光線示波器XY 函數記錄儀磁帶記錄儀陰極射線示波器瞬態波形記錄儀動態數據采集儀3.4 測振記錄儀光線示波器XY 函數記錄儀磁帶記錄儀陰極 1.光線示波器 2.動態數據采集儀光線示波器的工作原理 動態測試系統三種配套儀器系統 光線示波器的工作原理 動態實驗工程結構動力試驗課件實驗工程結構動力試驗課件實驗工程結構動力試驗課件4 動參數的測量方法動力試驗通常包括三方面內容：動荷載特性的測定； （大小、方向、頻率、作用規律）結構自振特性的測定；（自振頻率、阻尼、振型）結構在動荷載作用下的動力反應的測定。（振幅、頻率、速度、加速度、動

8、應變、動應力）4 動參數的測量方法動力試驗通常包括三方面內容：4.1 動荷載特性的測定 動荷載的特點：1.大小、方向、作用規律隨時間變化而變化；2.結構的動力反應除與動載有關，還與結構自身動力特性密切相關；同樣的動荷載作用，不同的結構自振特性其動力反應不同；3.動荷載所產生的動力效應有時遠大于相應的靜力效應，甚至一個不大的動荷載可能導致結構嚴重破壞。 動荷載的測定 1.直接測定法 2.比較測定法4.1 動荷載特性的測定 動荷載的特點： 各種典型的震源 a.間歇型阻尼振動。有明顯尖峰和衰減特點，說明是撞擊振源引起；b.周期性簡諧振動。轉速恒定的機器運轉引起；c.兩個頻率相差兩倍的簡諧振源引起的合

9、成振動波形；d.三個不同頻率的簡諧振源引起的合成波；e.振幅周期性的由大變小，又由小變大。有兩種可能：1.兩個頻率相近的簡諧 振源共同作用；2.只有一個振源，其頻率與結構的固有頻率相接近。f.隨機振動波,如地震。 各種典型的震源 a.間歇型阻尼振動。有明顯尖峰和衰結構自振特性的測定（1）自由振動法：a.初速度法（突然加載法） b.初位移法（突然卸載法）（2）共振法（3）脈動法共振時的振動圖形和共振曲線4.2 結構自振特性的測定結構自振特性包括（1）自振頻率；（2）阻尼；（3）振型結構自振特性的測定共振時的振動圖形和共振曲線4.2 結構自振 垂直自由落體突然加載法 水平撞擊式突然加載法 重錘敲擊

10、法 垂直自由落體突然加載法 水平撞擊式突然張拉釋放式突然卸載法懸掛重物突然卸載法對脆性材料施加力的突然卸載法張拉釋放式突然卸載法懸掛重物突然卸載法對脆性材料施加力的突然4.3 結構動力反應測定1.結構特定部位動參數的測定：振幅、頻率、速度、加速度、動應變、動應力等；2.結構振動變位圖測定：振動變位圖：動荷載作用下的變形曲線；振型：結構自由振動狀態下的振動形狀。3.結構動力系數測定結構振動變位圖4.3 結構動力反應測定結構振動變位圖3.結構動力系數測定有軌時實測結構動力系數無軌時實測結構動力系數動力系數定義：在動力荷載作用下，結構動撓度與靜撓度之比。實踐表明：動力系數的測定方法：有軌：無軌：有軌

11、時實測結構動力系數無軌時實測結構動力系數動力系數定義：在4.4 結構疲勞試驗疲勞：處于一種多次反復加載和卸載的受力狀態使結構物或構件的破壞應力下降。疲勞試驗目的：了解在多次反復性荷載作用下的疲勞性能或狀態以及變化規律，以確定其疲勞極限（疲勞極限荷載、疲勞強度）。4.4 結構疲勞試驗疲勞：處于一種多次反復加載和卸載的受力狀疲勞試驗項目鑒定性試驗：1.抗裂性及開裂荷載； 2.裂縫寬度及其發展； 3.最大撓度及其變化幅度； 4.疲勞強度及其疲勞壽命。科研性試驗：1.各階段截面的應力分布狀況，中和軸變化規律； 2.抗裂性及開裂荷載； 3.裂縫寬度、長度、間距及其發展； 4.最大撓度及其變化規律； 5.疲勞強度的確定； 6.破壞特征分析疲勞試驗項目疲勞試驗荷載1.疲勞試驗荷載取值2.疲勞試驗荷載