某磚混結構教學樓的動力特性測試與分析

2017-01-01 00:00:00王苗

中國房地產業·下旬 2017年5期

【摘要】建筑結構的動力特性是結構進行健康檢測、安全可靠性評估的重要參數。結構自振頻率的識別常依據結構反應的自功率譜，響應信號的互譜和自譜的峰值之比可近似看作振型之比。本文以某大學教學樓為研究對象，基于環境激勵量測結構的脈動響應，對測點布置、傳感器的安放等進行研究，利用現代信號處理技術分析得到結構的頻率，并通過自譜和互譜峰值之比得到結構的振型，得出結論：結構振型沒有明顯的突變，說明結構的剛度沿豎向分布均勻，結構體系有良好的工作性能；同時能夠反映出該結構施工質量良好，為結構的安全性評估提供了科學依據，也證明了自然地脈動和脈動風是砌體建筑振動試驗的適合激振源。

【關鍵詞】自然環境激勵；模態測試；頻譜分析；動力特性

1、某學校教學樓現場動力特性測試

1.1工程概況

本次測試建筑物為某大學教學樓，結構體系為磚混河溝-鋼結構混合體系。該建筑物首次建成為4層磚混結構，由于實際所需，5層和6層是建成之后所建，其中第6層為鋼結構。

1.2測點選取

動力特性試驗中，測點的布設對結果的準確性有很大的影響。為了提高響應信號信噪比，測點不應選擇在各階振型的節點處。通常考慮一下幾方面：測點選取應使傳感器系統設備、數據處理和傳輸等的費用最小；有效確定結構特性及變化；對于大型結構，測點的選取應能提高結構損傷識別能力；使測得的時程數據對模態參數的變化最為敏感。本試驗次被測結構為6層磚混結構教學樓，測點選取在每層的柱腳處。

1.3測試儀器

本次測試所需儀器有：（1）Vib’SYS 振動信號采集、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；（4）Dasp數據采集和信號處理軟件；（5）電腦1臺；（6）Q9線若干；（7）角鋼6個。

1.4測試過程

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 振動信號采集相連，然后連接到電腦上。為減少Q9線的長度，將測試儀器放在結構第四層樓板上，由于本試驗采用的是脈動法，為減少周圍活動對結果的影響，提高測試信號的信噪比，選擇夜間進行量測結構的脈動響應。正式采集前，檢查各個通道是否完好，并進行預采集5～8分鐘，正式采集時間為30min。

1.5測試結果

利用DSAP數據處理分析系統來分析數據，發現樓層越高結構反應越大。通過自譜和互譜之比得到結構的頻率和振型，以第6層的振動響應為參考與每一層的響應進行互譜分析，得到結構的頻率、相位、相干系數所示。

（a）第6層和第6層的自功率譜

相干系數是兩隨機信號在頻域內相干程度的指標，在隨機振動測試中，相干系數為0～1，相干系數越接近1，說明噪聲的影響越小，頻響函數的估計結果越好，一般認為，相干系數≥0.8，頻率的識別結果比較可靠。各參考點與測點自互譜峰值、相位。

由表2-1可知，樓層越高，結構的脈動響應越大，相關系數也越大，測點的各個相位均為一個方向，沒有突變。

通過結構自譜與互譜的峰值之比得到結構的振型曲線，如圖2-3所示。

結論：

本文采用脈動法以一棟6層磚混結構為工程背景，對結構進行了動力特性測試，量測了結構的脈動響應，得出如下結論：

（1）該結構的一階自振頻率為2.75Hz，沿結構的橫向，結構是安全的；

（2）實測結構振型曲線連續且較為光滑，且樓層越高，結構的反應越大。沒有明顯的突變，說明結構質量與剛度沿豎向分布均勻，結構整體工作性能符合規范要求，說明結構第5層與第6層與結構的整體連接的施工質量較好；

（3）自然環境激勵技術和現代信號處理技術在磚混—鋼結構體系中得到了良好的應用。

參考文獻：