模擬施工影響的鋼框架動力性能實驗研究

李愛鵬　聶志華

摘 要：針對建筑施工中所受擾動的影響，建立結(jié)構(gòu)模型，并通過儀器使模型產(chǎn)生共振來模擬施工過程中所產(chǎn)生的擾動，得到模型在振動時的一些反應(yīng)，從中總結(jié)出一些結(jié)論，希望為設(shè)計提供一些參考。

關(guān)鍵詞：施工擾動 共振 結(jié)構(gòu)模型

中圖分類號：TU39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0060-03

建筑施工過程中所產(chǎn)生擾動會不同程度上影響到建筑物的安全，根據(jù)不同的施工情況和施工特點，有些施工擾動甚至可能引起建筑結(jié)構(gòu)共振而加大結(jié)構(gòu)破壞的概率。目前，設(shè)計理論中針對施工所產(chǎn)生的影響，均以施工活荷載乘上荷載分項系數(shù)與荷載組合系數(shù)來代替，這并不能準確反映建筑在施工時所受到的影響。鋼結(jié)構(gòu)強度高，延性好，但工作中受動載作用時可能發(fā)生疲勞破壞，一旦發(fā)生共振，在動載下有發(fā)生疲勞破壞的潛在危險。有鑒于此，我們在實驗室中采用建筑力學實驗?zāi)Ｐ湍M了鋼框架結(jié)構(gòu)在施工擾動下受迫共振時的動力反應(yīng)，并從中得出了一些結(jié)論。

1 實驗原理

圖1所示為模擬鋼框架共振的實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)由建筑力學教學實驗儀、建筑力學教學實驗臺、激振器和傳感器組成。其中，實驗儀主要用于數(shù)據(jù)的測量與采集分析，實驗臺提供實驗所用的三層框架模型和激勵測量裝置，非接觸式激振器（圖2）通電后產(chǎn)生一定頻率的自振，能夠通過調(diào)整自振頻率而使框架模型產(chǎn)生簡諧振動，傳感器（圖3）便可測量框架模型的靜態(tài)或動態(tài)應(yīng)變。該系統(tǒng)可以進行結(jié)構(gòu)動力實驗，并對模型動力反應(yīng)進行記錄分析，所得結(jié)果誤差小，可以很好的滿足需要。

研究表明，建筑結(jié)構(gòu)在施工時所受影響主要表現(xiàn)為部分區(qū)域受較大的集中活荷載（靜載）以及建筑結(jié)構(gòu)整體受施工活動時產(chǎn)生的振動作用（動載），當振動頻率接近建筑自身頻率時，建筑受迫產(chǎn)生共振，此時建筑所受影響最大。目前的設(shè)計理論不論對何種影響，均按靜載情況考慮，將活荷載乘以一個增大系數(shù)值來代表施工時總的影響，這一方法不能很好地反映施工時有可能受到的振動，特別是有可能產(chǎn)生的共振。鋼結(jié)構(gòu)強度較大，延性較好，受迫振動時產(chǎn)生彈塑性變形吸收能量，當外部振動頻率與結(jié)構(gòu)自身頻率接近，便會產(chǎn)生共振，加大發(fā)生疲勞破壞的概率，受施工擾動影響更應(yīng)引起重視。

2 實驗結(jié)果

為了得到更全面的鋼框架在模擬施工擾動下的共振，作者分別針對不同質(zhì)量不同自振頻率的鋼框架模型進行了實驗，所得振型曲線如圖4所示。

3 結(jié)語

對不同頻率不同質(zhì)量的鋼框架模型施加激振力，使模型產(chǎn)生了簡諧共振，所得振型曲線多為大致較規(guī)則的正弦曲線。通過實驗結(jié)果可以看到，隨著實驗臺的鋼框架模型質(zhì)量與自振頻率不同，所得到的動力反應(yīng)曲線也各不相同，但當外加激振力頻率接近模型自振頻率時均會引起模型的共振，且質(zhì)量越大，激振頻率與自振頻率越接近，共振反應(yīng)也越明顯，這也說明了鋼框架結(jié)構(gòu)在施工擾動下均可能發(fā)生簡諧共振，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)疲勞理論可知，當振動持續(xù)時長達到一定程度時，有可能誘發(fā)鋼框架的疲勞破壞，使結(jié)構(gòu)處于危險狀態(tài)。因此，建議在今后的設(shè)計理論中應(yīng)具體考慮施工中擾動可能引起結(jié)構(gòu)的共振影響。

參考文獻

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