某磚混結(jié)構(gòu)教學(xué)樓的動(dòng)力特性測(cè)試與分析

【摘要】建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康檢測(cè)、安全可靠性評(píng)估的重要參數(shù)。結(jié)構(gòu)自振頻率的識(shí)別常依據(jù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的自功率譜，響應(yīng)信號(hào)的互譜和自譜的峰值之比可近似看作振型之比。本文以某大學(xué)教學(xué)樓為研究對(duì)象，基于環(huán)境激勵(lì)量測(cè)結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)響應(yīng)，對(duì)測(cè)點(diǎn)布置、傳感器的安放等進(jìn)行研究，利用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)分析得到結(jié)構(gòu)的頻率，并通過自譜和互譜峰值之比得到結(jié)構(gòu)的振型，得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)振型沒有明顯的突變，說明結(jié)構(gòu)的剛度沿豎向分布均勻，結(jié)構(gòu)體系有良好的工作性能；同時(shí)能夠反映出該結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量良好，為結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)估提供了科學(xué)依據(jù)，也證明了自然地脈動(dòng)和脈動(dòng)風(fēng)是砌體建筑振動(dòng)試驗(yàn)的適合激振源。

【關(guān)鍵詞】自然環(huán)境激勵(lì)；模態(tài)測(cè)試；頻譜分析；動(dòng)力特性

1、某學(xué)校教學(xué)樓現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力特性測(cè)試

1.1工程概況

本次測(cè)試建筑物為某大學(xué)教學(xué)樓，結(jié)構(gòu)體系為磚混河溝-鋼結(jié)構(gòu)混合體系。該建筑物首次建成為4層磚混結(jié)構(gòu)，由于實(shí)際所需，5層和6層是建成之后所建，其中第6層為鋼結(jié)構(gòu)。

1.2測(cè)點(diǎn)選取

動(dòng)力特性試驗(yàn)中，測(cè)點(diǎn)的布設(shè)對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大的影響。為了提高響應(yīng)信號(hào)信噪比，測(cè)點(diǎn)不應(yīng)選擇在各階振型的節(jié)點(diǎn)處。通?？紤]一下幾方面：測(cè)點(diǎn)選取應(yīng)使傳感器系統(tǒng)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)鹊馁M(fèi)用最小；有效確定結(jié)構(gòu)特性及變化；對(duì)于大型結(jié)構(gòu)，測(cè)點(diǎn)的選取應(yīng)能提高結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別能力；使測(cè)得的時(shí)程數(shù)據(jù)對(duì)模態(tài)參數(shù)的變化最為敏感。本試驗(yàn)次被測(cè)結(jié)構(gòu)為6層磚混結(jié)構(gòu)教學(xué)樓，測(cè)點(diǎn)選取在每層的柱腳處。

1.3測(cè)試儀器

本次測(cè)試所需儀器有：（1）Vib’SYS 振動(dòng)信號(hào)采集、處理和分析程序；（2）YD82D壓電加速度傳感器6只；（3）匹配的8通道濾波放大器1臺(tái)；（4）Dasp數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理軟件；（5）電腦1臺(tái)；（6）Q9線若干；（7）角鋼6個(gè)。

1.4測(cè)試過程

在每層的柱腳處粘貼一傳感器，傳感器通過Q9線連接到濾波放大器，濾波放大器與Vib’SYS 振動(dòng)信號(hào)采集相連，然后連接到電腦上。為減少Q(mào)9線的長度，將測(cè)試儀器放在結(jié)構(gòu)第四層樓板上，由于本試驗(yàn)采用的是脈動(dòng)法，為減少周圍活動(dòng)對(duì)結(jié)果的影響，提高測(cè)試信號(hào)的信噪比，選擇夜間進(jìn)行量測(cè)結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)響應(yīng)。正式采集前，檢查各個(gè)通道是否完好，并進(jìn)行預(yù)采集5～8分鐘，正式采集時(shí)間為30min。

1.5測(cè)試結(jié)果

利用DSAP數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)來分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)樓層越高結(jié)構(gòu)反應(yīng)越大。通過自譜和互譜之比得到結(jié)構(gòu)的頻率和振型，以第6層的振動(dòng)響應(yīng)為參考與每一層的響應(yīng)進(jìn)行互譜分析，得到結(jié)構(gòu)的頻率、相位、相干系數(shù)所示。

（a） 第6層和第6層的自功率譜

相干系數(shù)是兩隨機(jī)信號(hào)在頻域內(nèi)相干程度的指標(biāo)，在隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試中，相干系數(shù)為0～1，相干系數(shù)越接近1，說明噪聲的影響越小，頻響函數(shù)的估計(jì)結(jié)果越好，一般認(rèn)為，相干系數(shù)≥0.8，頻率的識(shí)別結(jié)果比較可靠。各參考點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)自互譜峰值、相位。

由表2-1可知，樓層越高，結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)響應(yīng)越大，相關(guān)系數(shù)也越大，測(cè)點(diǎn)的各個(gè)相位均為一個(gè)方向，沒有突變。

通過結(jié)構(gòu)自譜與互譜的峰值之比得到結(jié)構(gòu)的振型曲線，如圖2-3所示。

結(jié)論：

本文采用脈動(dòng)法以一棟6層磚混結(jié)構(gòu)為工程背景，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力特性測(cè)試，量測(cè)了結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)響應(yīng)，得出如下結(jié)論：

（1）該結(jié)構(gòu)的一階自振頻率為2.75Hz，沿結(jié)構(gòu)的橫向，結(jié)構(gòu)是安全的；

（2）實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)振型曲線連續(xù)且較為光滑，且樓層越高，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)越大。沒有明顯的突變，說明結(jié)構(gòu)質(zhì)量與剛度沿豎向分布均勻，結(jié)構(gòu)整體工作性能符合規(guī)范要求，說明結(jié)構(gòu)第5層與第6層與結(jié)構(gòu)的整體連接的施工質(zhì)量較好；

（3）自然環(huán)境激勵(lì)技術(shù)和現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)在磚混—鋼結(jié)構(gòu)體系中得到了良好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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[3]姜紹飛，吳兆旗.結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)與智能信息處理技術(shù)及應(yīng)用[M].中國建筑工業(yè)出版社，2011.

作者簡介：

王苗，女，1990.04.27，河北邯鄲，碩士研究生， 河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院。