窯尾結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)分析

王建群，申昌俊，魏文暉，李 苑，陳 軍

（1.天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300400；2.武漢理工大學(xué)道路橋梁與結(jié)構(gòu)工程湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070）

水泥廠窯尾結(jié)構(gòu)是一種平面尺寸小，總高、層高大，而且荷載大的工業(yè)特種結(jié)構(gòu)，通常采用底層混凝土、上層鋼結(jié)構(gòu)的形式。在抗震設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，阻尼比等參數(shù)不易確定，這給該類結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)帶來了很大的困難。為了確定窯尾結(jié)構(gòu)的阻尼比等參數(shù)，從而為有限元程序分析提供荷載依據(jù)以及對(duì)其分析結(jié)果進(jìn)行校核和修正，對(duì)大連天瑞水泥有限公司一號(hào)線、二號(hào)線、三號(hào)線的底層采用混凝土、上層采用鋼結(jié)構(gòu)的窯尾工程分別進(jìn)行了測(cè)試，采集了控制點(diǎn)的加速度時(shí)程，并對(duì)其進(jìn)行了頻譜分析等相關(guān)動(dòng)力分析，得到了該類結(jié)構(gòu)的阻尼比等參數(shù)，為同類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

1 試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試技術(shù)

測(cè)試采用的動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)為TMR－7200智能信號(hào)采集處理分析儀。

該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：

1）利用設(shè)備自帶的模塊和顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和觀測(cè)，滿足了對(duì)便攜式設(shè)備和采樣速度的各種要求，方便應(yīng)用于室內(nèi)和野外測(cè)試；測(cè)試中TMR－7200系統(tǒng)配合使用的傳感器是借助高靈敏度的ARF－20A 加速度計(jì)和SB－120DD－1R小橋盒的，該儀器可用于結(jié)構(gòu)在正常工作狀態(tài)下和脈動(dòng)時(shí)的測(cè)量，滿足本次測(cè)試窯尾結(jié)構(gòu)自振特性的要求。

此次測(cè)試共使用5 臺(tái)水平向和3 臺(tái)鉛垂向的ARF－20A 加速度計(jì)，分別用于測(cè)試結(jié)構(gòu)水平向和鉛垂向的加速度信號(hào)。采用東方噪聲動(dòng)態(tài)信號(hào)分析軟件中的頻譜分析模塊得到結(jié)構(gòu)水平方向（包括橫向、縱向）的阻尼比和自振頻率。

在檢測(cè)中，采取對(duì)控制點(diǎn)的加速度時(shí)程分別采樣的方案，即8個(gè)通道同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，利用TMR－7200智能信號(hào)采集處理分析儀對(duì)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，然后采用數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析流程圖如圖1所示。

2 工程概況和測(cè)點(diǎn)的布置

由于篇幅有限，僅取大連天瑞水泥有限公司二號(hào)線燒成窯尾結(jié)構(gòu)的相關(guān)測(cè)點(diǎn)布置以及相應(yīng)的測(cè)試和分析結(jié)果作詳細(xì)介紹。該結(jié)構(gòu)的立面如圖2所示，窯尾結(jié)構(gòu)共7層，總高91.71m。其底層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其上6層為鋼框架－支撐結(jié)構(gòu)體系。其中，框架柱為鋼管混凝土柱，梁為H 型鋼梁，支撐則采用空心鋼管。

在窯尾結(jié)構(gòu)的第7層布置了5個(gè)測(cè)點(diǎn)，第6層均布置了2個(gè)測(cè)點(diǎn)。在測(cè)試過程中，采集了窯尾結(jié)構(gòu)在相應(yīng)各控制點(diǎn)上的縱向、橫向、豎向3個(gè)方向的加速度。測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖4為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置照片。

3 窯尾結(jié)構(gòu)測(cè)試數(shù)據(jù)整理分析

3.1 窯尾結(jié)構(gòu)加速度反應(yīng)

各測(cè)點(diǎn)提取數(shù)據(jù)以E點(diǎn)為例。工作狀態(tài)下，截取0～30s時(shí)間歷程，E點(diǎn)水平兩個(gè)方向的加速度時(shí)程如圖5所示。

3.2 窯尾結(jié)構(gòu)的頻譜分析

將加速度時(shí)程進(jìn)行自譜分析，再FFT／FT 頻譜細(xì)化分析，經(jīng)過計(jì)算，得到細(xì)化分析的結(jié)果如圖6所示。

3.3 測(cè)試總結(jié)

按照以上步驟可同樣得到大連二號(hào)線7層各點(diǎn)的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)和頻譜分析結(jié)果，并取各項(xiàng)指標(biāo)平均值，結(jié)果如表1所示。

表1 窯尾結(jié)構(gòu)主要?jiǎng)恿?shù)

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場(chǎng)采集窯尾結(jié)構(gòu)各控制點(diǎn)的加速度時(shí)程，并進(jìn)行頻譜分析等相關(guān)動(dòng)力分析，全面地了解了窯尾結(jié)構(gòu)自振頻率和阻尼比等動(dòng)力特性的變化規(guī)律。

從以上測(cè)試結(jié)果可以看出：窯尾結(jié)構(gòu)水平橫向和水平縱向第一頻率約為0.385Hz和0.412Hz，與有限元分析結(jié)果基本一致，第一頻率的平均阻尼比為3.15%，從本次測(cè)試的結(jié)果來看，建議在窯尾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)其阻尼比可按混合結(jié)構(gòu)的阻尼比3.15%考慮。

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