结构与抗震实验室文件 实验八:“建(构)筑物动力特性现场实测技术”试验指导书 (设计性、开放性) 、实验目的 1.了解脉动测试法的基本原理,掌握用脉动法测试结构的固有频率、阻尼及 振型的方法 2.熟悉常用结构动力特性测试系统的组成和相关仪器的使用方法 3.熟悉建(构)筑物动力特性现场实测的基本方法和一些应该注意的问题; 4.掌握DASP分析软件,并对实测数据进行结构动力特性分析。 测试仪器及测试系统的组成 「序号 仪器名称 数量序号 仪器名称数量 891-Ⅱ型拾振器 4钢筋或混凝土试块 2891-Ⅱ型放大器5笔记本计算机 3|INV306U智能信号采集 6|DASP软件系统 图7-1测试系统装置图 1.被测结构物2.891-Ⅱ型拾振器3.891-Ⅱ型放大器4.IN306U智能信号 采集5.数据采集分析系统(计算机和DASP软件系统) 三、仪器调试 1.测震传感器(IEM-891型) 891-Ⅱ型拾振器是动圈往复式磁电拾振器,主要用于测量地面或土木工程结构 物的脉动与振动。拾振器中设有小加速度、大速度、中速度和小速度四个档位, 当与891-Ⅱ放大器上参数选择档位相对应时,可以分别测得加速度、速度、位移 等参变量。试验时把拾振器用粘合剂或螺栓固定在被测结构的测点上,使拾振器 的几何轴线大致水平,并确保拾振器的方向与结构物所要测试的振动方向保持 致。根据所测结构物位移的大小,选择相应的档位(2或3档位),然后将拾振器 共5页第1页
结构与抗震实验室文件 共 5 页 第 1 页 实验八： “建（构）筑物动力特性现场实测技术”试验指导书 （设计性、开放性） 一、实验目的 1. 了解脉动测试法的基本原理，掌握用脉动法测试结构的固有频率、阻尼及 振型的方法； 2. 熟悉常用结构动力特性测试系统的组成和相关仪器的使用方法； 3. 熟悉建（构）筑物动力特性现场实测的基本方法和一些应该注意的问题； 4. 掌握 DASP 分析软件，并对实测数据进行结构动力特性分析。 二、测试仪器及测试系统的组成 序号 仪器名称 数量 序号 仪器名称 数量 1 891-Ⅱ型拾振器 4 钢筋或混凝土试块 2 891-Ⅱ型放大器 5 笔记本计算机 3 INV306U 智能信号采集 6 DASP 软件系统 5 4 3 2 1 图 7-1 测试系统装置图 1. 被测结构物 2. 891-Ⅱ型拾振器 3. 891-Ⅱ型放大器 4. INV306U 智能信号 采集 5. 数据采集分析系统( 计算机和 DASP 软件系统) 三、仪器调试 1. 测震传感器（IEM-891 型）： 891-Ⅱ型拾振器是动圈往复式磁电拾振器，主要用于测量地面或土木工程结构 物的脉动与振动。拾振器中设有小加速度、大速度、中速度和小速度四个档位， 当与 891-Ⅱ放大器上参数选择档位相对应时，可以分别测得加速度、速度、位移 等参变量。试验时把拾振器用粘合剂或螺栓固定在被测结构的测点上，使拾振器 的几何轴线大致水平，并确保拾振器的方向与结构物所要测试的振动方向保持一 致。根据所测结构物位移的大小，选择相应的档位（2 或 3 档位），然后将拾振器
结构与抗震实验室文件 的输出线与放大器的输入线相连接。注意接线时线位不能接错,地线相互连接共 同接地应,否则会发生串线现象。当拾振器处于在非使用状态时,必须将输出线 短路,以保护拾振器的运动部件免受损坏。 2.放大器(IEM-891型): 首先根据使用电源的实际情况,转换开关置于所需AC或DC位置,连接好电源, 打开电源开关,将参量选择开关K3值于位移或低频位移(3或4)档位,将放大 倍数开关K2值于合适位置,然后将表头功能开关依次至于“E+”“E-”位置,观 察表头以检查电源的电压是否正常。当拾振器调完毕并与放大器相连通后,将放 大器的K1置于“15V”或“1.5V”,按下按钮开关K4,检查拾振器工作是否正常 如果表针稍有摆动,则该通道测线正常。 3.INV306U智能信号采集 先将放大器各通道的输出信号按一定顺序接入INV306U智能信号采集仪的各个 通道,输出信号通过并行接口与计算机相接,检查各通道的对应关系是否正确, 然后把交直流电流转换开关至于所需AC或DC位置。接通电源,打开电源开关。 4.数据采集分析系统: 数据采集系统是由一台电脑和DASP-2005软件系统组成,该软件是一套运行 在win95/98/Me/ⅫP/2000/NT平台上的大型动态信号数据采集分析处理软件。软件 功能包括:示波、采集、信号处理和分析等。打开电脑,在ⅫP或其它 Windows主 界面下,双击 ADASP2005图标启动该程序,进入该程序的主界面后,再点击该主界 面中的DASP-ET标准型图标,在DASP-ET动测系统主界面下,分别进行文件路径 设置、各种参数设置、示波检测,最后进行数据采集、数据处理。具体的操作步 骤可按照DASP程序软件使用说明书进行 实验内容 要求学生以组为单位,采用脉动法对校园内某栋建筑物(例如土木实验大楼) 进行动力特性现场测试,并独立完成、提交实测分析报告 四、实验步骤 1.收集资料: 在对建筑结构物进行试验检测之前,应首先收集被检测建筑物的相关设计资 料,了解建筑平、立、剖面尺寸及主要承重结构体系。 共5页
结构与抗震实验室文件 共 5 页 第 2 页 的输出线与放大器的输入线相连接。注意接线时线位不能接错，地线相互连接共 同接地应，否则会发生串线现象。当拾振器处于在非使用状态时，必须将输出线 短路，以保护拾振器的运动部件免受损坏。 2. 放大器（IEM-891 型）： 首先根据使用电源的实际情况，转换开关置于所需 AC 或 DC 位置，连接好电源， 打开电源开关，将参量选择开关 K3 值于位移或低频位移（3 或 4）档位，将放大 倍数开关 K2 值于合适位置，然后将表头功能开关依次至于“E+”“E-”位置，观 察表头以检查电源的电压是否正常。当拾振器调完毕并与放大器相连通后，将放 大器的 K1 置于“15V”或“1.5V”，按下按钮开关 K4,检查拾振器工作是否正常， 如果表针稍有摆动，则该通道测线正常。 3. INV306U 智能信号采集: 先将放大器各通道的输出信号按一定顺序接入INV306U智能信号采集仪的各个 通道，输出信号通过并行接口与计算机相接，检查各通道的对应关系是否正确， 然后把交直流电流转换开关至于所需 AC 或 DC 位置。接通电源，打开电源开关。 4. 数据采集分析系统: 数据采集系统是由一台电脑和 DASP-2005 软件系统组成， 该软件是一套运行 在 Win95/98/Me/XP/2000/NT 平台上的大型动态信号数据采集分析处理软件。软件 功能包括：示波、采集、信号处理和分析等。打开电脑，在 XP 或其它 Windows 主 界面下,双击 ADASP2005 图标启动该程序，进入该程序的主界面后，再点击该主界 面中的 DASP-ET 标准型图标，在 DASP-ET 动测系统主界面下，分别进行文件路径 设置、各种参数设置、示波检测，最后进行数据采集、数据处理。具体的操作步 骤可按照 DASP 程序软件使用说明书进行。 三、实验内容 要求学生以组为单位，采用脉动法对校园内某栋建筑物（例如土木实验大楼） 进行动力特性现场测试，并独立完成、提交实测分析报告。 四、实验步骤 1. 收集资料： 在对建筑结构物进行试验检测之前，应首先收集被检测建筑物的相关设计资 料，了解建筑平、立、剖面尺寸及主要承重结构体系
结构与抗震实验室文件 2.环境调研 了解该建筑物的地理环境和建筑物周围的振动、噪音等情况。 3.选择测试仪器安放位置 为了方便供电,测试仪器不能离现场电源过远;同时测试仪器应尽可能离各测 点的距离近些,以便于布线及现场联络。注意选择安放测试仪器的周围尽量不要 有磁场及其他振动等因素的干扰 4.确定测试方案: 根据所收集到有关被测建筑物的资料,围绕本试验检测项目的试验目的要求, 独立确定具体的测试方案,包括规划对该建筑物进行几种工况下的动力测试,设 计各种工况下的测点布置 5.测点布置: 般用脉动法测试结构自振频率、阻尼及振型时,都要在地面上布置一个测点 作为地脉动的输入检测信号。然后在结构物的各主要楼层上布置测点。同一种工 况下各个测点的平面位置应尽可能布置在一个竖向轴线上。对同一工况下的各个 测点均应进行测点编号。 6.拾振器安装: 拾振器安装的质量会直接影响测试结果。为此,应将各个测点拾振器的安装方 向保持一致,否则会出现测试结果反相位或出现相位差。同时要特别注意,拾振 器与被测结构物要接触良好,连接牢固。一般根据现场具体情况决定将所采用的 固定方式。 7.仪器连接与测点调试 按仪器连接图的顺序连接好各个量测仪器,各测点的拾震器按测点编号顺序接 入各个放大器的通道中,并将各个测点、拾震器、放大器、采集仪之间的对应关 系详细记录在笔记本上。检查好现场电源,按仪器使用说明书指示要求,打开各 仪器电源,检查全部仪器是否工作正常。再打开电脑,进行示波调试,监测各个 系统通道是否工作正常,检查各放大倍数档位是否合适。 8.数据采集: (1)首先完成文件参数设置,包括输入实验名、实验号、实验数据存储路径、 实验描述、实验对象、实验工况的设置等 共5页第3页
结构与抗震实验室文件 共 5 页 第 3 页 2. 环境调研: 了解该建筑物的地理环境和建筑物周围的振动、噪音等情况。 3. 选择测试仪器安放位置： 为了方便供电，测试仪器不能离现场电源过远；同时测试仪器应尽可能离各测 点的距离近些，以便于布线及现场联络。注意选择安放测试仪器的周围尽量不要 有磁场及其他振动等因素的干扰。 4．确定测试方案： 根据所收集到有关被测建筑物的资料，围绕本试验检测项目的试验目的要求， 独立确定具体的测试方案，包括规划对该建筑物进行几种工况下的动力测试，设 计各种工况下的测点布置。 5. 测点布置： 一般用脉动法测试结构自振频率、阻尼及振型时，都要在地面上布置一个测点， 作为地脉动的输入检测信号。然后在结构物的各主要楼层上布置测点。同一种工 况下各个测点的平面位置应尽可能布置在一个竖向轴线上。对同一工况下的各个 测点均应进行测点编号。 6. 拾振器安装： 拾振器安装的质量会直接影响测试结果。为此，应将各个测点拾振器的安装方 向保持一致，否则会出现测试结果反相位或出现相位差。同时要特别注意，拾振 器与被测结构物要接触良好，连接牢固。一般根据现场具体情况决定将所采用的 固定方式。 7. 仪器连接与测点调试： 按仪器连接图的顺序连接好各个量测仪器，各测点的拾震器按测点编号顺序接 入各个放大器的通道中，并将各个测点、拾震器、放大器、采集仪之间的对应关 系详细记录在笔记本上。检查好现场电源，按仪器使用说明书指示要求，打开各 仪器电源，检查全部仪器是否工作正常。再打开电脑，进行示波调试，监测各个 系统通道是否工作正常，检查各放大倍数档位是否合适。 8. 数据采集： （1）首先完成文件参数设置，包括输入实验名、实验号、实验数据存储路径、 实验描述、实验对象、实验工况的设置等
结构与抗震实验室文件 2)选择采样型式,程序中有三种不同的采样方式可供选择,随机采样、触 发采样及多次触发采样。脉动法动力特性测试试验一般用随机采样方式 (3)选择采样频率:采样频率可以按分析频率和采样频率分为两种方式设置 该程序中采样频率为分析频率的2.56倍,可任选其一种形式进行设置。 (4)增益和量程设置:对于幅值较小的信号可进行放大。通过设置增益和量 程来达到提高AD转换器的效果 (5)采样长度设置:可按采样时间长度和采样块数两种方式来设置。采样块 数为每块1024个采样点。两者之间的关系为:T=M×1024/SF,式中T为采 样时间,M为采样块数,SF为采样频率。采样时间视现场环境而定,当现场环境 噪音比较大时,采样时间应选取的相对长一些,一般几~十分钟即可。参数设置 完毕,即可进行数据采集。图7-2为某高层结构地脉动法实测时域波形图 多踪时域分析 NAM: GLS3 SC= 2836nV 2 pxAAA-M AAAAAV-AAAAA4 SF- 20 SP Nc=320 t2.995E+04 的1=z.9E-03 A A2=2.4E-03 3=2.6E-03 的4=2.1E-03 n5=1.9-03 n6=2.4E-03 A7=1.9E-03 n8=1.5E-03 A10=4.5E-04 14:11:35 Point: 280 INVDASP616A 图7-2脉动法时域波形图 9.数据分析处理: (1)时域分析;通过时域分析找出该次实测数据的最大值、最小值、平均值 平均峰值等。 2)频谱分析;有四种频谱方法可供选择。幅值谱Peak(反映信号谐波的单 共5页第4页
结构与抗震实验室文件 共 5 页 第 4 页 （2）选择采样型式，程序中有三种不同的采样方式可供选择，随机采样、触 发采样及多次触发采样。脉动法动力特性测试试验一般用随机采样方式。 （3）选择采样频率：采样频率可以按分析频率和采样频率分为两种方式设置。 该程序中采样频率为分析频率的 2.56 倍，可任选其一种形式进行设置。 （4）增益和量程设置：对于幅值较小的信号可进行放大。通过设置增益和量 程来达到提高 AD 转换器的效果。 （5）采样长度设置：可按采样时间长度和采样块数两种方式来设置。采样块 数为每块 1024 个采样点。两者之间的关系为： T M SF = 1024/ ，式中 T 为采 样时间，M 为采样块数，SF 为采样频率。采样时间视现场环境而定，当现场环境 噪音比较大时，采样时间应选取的相对长一些，一般几～十分钟即可。参数设置 完毕，即可进行数据采集。图 7-2 为某高层结构地脉动法实测时域波形图 图 7-2 脉动法时域波形图 9.数据分析处理： （1）时域分析；通过时域分析找出该次实测数据的最大值、最小值、平均值、 平均峰值等。 （2）频谱分析；有四种频谱方法可供选择。幅值谱 Peak（反映信号谐波的单
结构与抗震实验室文件 峰值)、幅值谱Rπs(反映信号谐波的有效值)、功率普(反映信号谐波的能量,等 于有效值的平方)、功率普密度(反映随机信号的频谱能量分布)。选则其一种方 法即可进行该结构的频率、阻尼等动力特性的分析计算。幅值谱Peak反映信号的 谐波单峰值,进行振型分析时也可选用此方法。图7-3为某高层结构实测幅值谱 Peak形式的频谱分析图。 单踪频域分析 100,0Hz 8.051E-04 f 1.074 A1=6.40E-04 A2=5.322E04 4=4.570E-04 6=4.552E04 A7=3.763E04 A8=2,776E-04 A9=1.764E-04 A10=9.407E-05 1:0.0000 f2 5.4688 14:57:39 INUDASP6 16A1 7-3频谱分析图 制定者:龚安礼 指导教师:龚安礼、喻磊、郭昕 审定者:张兴虎 批准者:王泽军 结构与抗震实验室 制定日期:2005年12月30日 共5页第5页
结构与抗震实验室文件 共 5 页 第 5 页 峰值）、幅值谱 Rms（反映信号谐波的有效值）、功率普（反映信号谐波的能量，等 于有效值的平方）、功率普密度（反映随机信号的频谱能量分布）。选则其一种方 法即可进行该结构的频率、阻尼等动力特性的分析计算。幅值谱 Peak 反映信号的 谐波单峰值，进行振型分析时也可选用此方法。图 7-3 为某高层结构实测幅值谱 Peak 形式的频谱分析图。 7-3 频谱分析图 制 定 者：龚安礼 指导教师：龚安礼、喻磊、郭昕 审定者：张兴虎 批准者：王泽军 结构与抗震实验室 制定日期：2005 年 12 月 30 日
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