土木工程试验与测试技术 课件 第8章 动载试验.pptx

8动载试验

8.1概述在工程结构设计建造过程中，往往还要考虑结构受到动荷载的作用。如风荷载对高层建筑、高耸结构的作用；运行的车辆产生的移动荷载对桥梁结构的振动影响；世界各地地震灾害对工程结构的破坏；海洋钻井平台，尤其是深水域的海洋钻井平台的风、浪、流、冰及地震环境荷载对其的作用以及建筑物的抗爆；多层厂房中的动力机械设备引起的振动；动力设备基础的振动等。在设计上述结构时都必须考虑这些动荷载的影响，必须对其进行动力分析。

8.1概述与静力荷载试验相比较，动力荷载试验具有如下特点：首先，造成结构振动的动力荷载是随时间而改变的。其次，结构在动力荷载作用下的反应与结构本身动力特性有密切关系。在多数情况下，动力荷载产生的动力效应远远大于相应的静力效应，甚至较小的一个动力荷载可能使结构遭受严重破坏。而在有些情况下，动力荷载效应却并不比静力荷载效应大，还可能小于相应的静力效应，但从动态的角度分析，静荷载是动荷载的一种特殊形式。在试验中，可根据惯性力影响的大小和加载的速率区分静载试验和动载试验。

8.1概述分析结构在动荷载作用下的变形和内力是一个十分复杂的问题，它不仅与动力荷载的性质、数量、大小、作用方式、变化规律以及结构本身的动力特性有关，还与结构的组成形式、材料性质以及细部构造等密切相关。结构动力问题的精确计算非常繁琐，且与实际结果有较大出人，因而借助试验确定结构动力特性及动力反应是不可缺少的手段。通过动力加载设备直接对结构构件施加动力荷载，研究结构在一定动力荷载下的动力反应，如评估结构在动力荷载作用下的承载力、疲劳寿命以及风荷载作用下的结构动态响应等特性。动力荷载一般分为以下几种类型：

8.1概述①地震作用。②机械设备振动和冲击荷载。③高层建筑和高耸结构的风振。④环境振动。⑤爆炸引起的振动。⑥车辆运动对桥梁的振动和危害。⑦海洋采油平台设计中需要解决海浪的冲击等不利影响。

8.1概述综上所述，动力荷载的产生是复杂多样的，概括起来有三种荷载：撞击荷载、振动荷载和复杂荷载。撞击荷载的作用时间极为短暂，一般在1/1000~1/10000s间，作用力的大小及其出现的时间间隔往往没有规律性。振动荷载的作用频繁，具有周期性，作用力的大小和频率按照某一固定规律变化。复杂荷载是多种荷载的组合，可以是撞击荷载和振动荷载，也可以是地震、风、爆炸等特殊荷载或其组合，是实际生活中最常见的动力荷载。

8.2加载设备动力试验是需要振源的。而动力试验的振源有两大类：一类是自然振源，如：地面脉动、气流所致的振动，地面爆破以及动力设备、运输设备和起重设备等在运行中产生的振动等等。另一类则是人工振源，它可按照试验目的的需要进行有针对性的激振。它的特点是易于人为控制。本节介绍人工激振的激振设备。通常激振系统由如下框图构成。

8.2加载设备其是一种顶杆式的电磁激振器，与上图所示的信号发生器和功率放大器配合使用。电磁激振器由顶杆、外壳、磁钢、动圈、环形间隙、输入插座、支撑弹簧等组成。其体积小，使用方便，较经济，是要求激振力不大的小型结构或小型模型的动力试验较为理想的激振设备，结构动力试验中应用较多。8.2.1电磁式激振器1-顶杆；2-外壳；3-磁钢；4-动圈；5-环形间隙；6-输入插座；7-支撑弹簧

8.2加载设备工作原理是：磁钢与外壳体组成磁路，在环形间隙处形成强磁场，动圈与顶杆连成一体，在上下支撑弹簧的支撑下，悬挂于环形间隙内，使其能沿轴向自由运动。当动圈内通入交变电流时，载流动圈在固定磁场作用下产生交变力F：8.2.1电磁式激振器式中B——磁场强度；L——动圈绕线有效长度；Im——通过动圈的电流幅值。

8.2加载设备在使用时，将激振器放置在与被振物体相对静止的地方。将顶杆与被振物体所要激振部位有效地固定连接，使顶杆与被振物形成一整体，并要求顶杆与被振物之间有一定的预压力，使顶杆在振动开始前处于振动的平衡位置上。各式安装示意图如下图所示。8.2.1电磁式激振器1-试件；2-橡皮绳；3-连接杆；4-可升降装置（如螺旋千斤顶）；5-支架

8.2加载设备离心式激振器是一种能提供稳态简谐振动的具有较大激振力的激振设备。其机械部分主要是由一个在上、另一个在下的两个载有偏心质量块可随旋转轮转动的扇形的圆盘构成。其工作原理是：当一个偏心质量块随旋转轮转动时产生的离心力为：8.2.2离心激振器式中m——偏心质量块的质量；ω——偏心质量块的旋转频率；r——偏心质量块的半径。

8.2加载设备当上、下两个偏心质量块左右对称放置，然后作等速反向旋转时，两偏心质量块的惯性力的合力在水平方向合力为零，而在垂直方向做简谐变化。因此，垂直方向的合成惯性力（即激振力）的大小为：8.2.2离心激振器

8.2加载设备8.2.2离心激振器离心式激振器的优点是：激