趙 明

1 概述

某燒結(jié)廠內(nèi)某廠房系建國(guó)初我國(guó)自行設(shè)計(jì)建造。自投產(chǎn)運(yùn)行以來，主體土建結(jié)構(gòu)未曾有過全面的檢測(cè)鑒定。由于主廠房當(dāng)初設(shè)計(jì)、建造時(shí)，國(guó)家有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及土建施工條件、技術(shù)要求、材料性能與現(xiàn)在相比，其規(guī)定、水平有所變化;加之該主廠房運(yùn)行以來，受使用條件和外部環(huán)境的影響，混凝土碳化，局部構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，混凝土剝落，鋼筋(板)銹蝕，鋼構(gòu)件出現(xiàn)屈曲變形，梁柱連接部位松脫等現(xiàn)象的發(fā)生，導(dǎo)致廠房整體結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu)正常使用水平下降。鑒于此，對(duì)該廠某廠房結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性實(shí)測(cè)和分析為廠房結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。

2 測(cè)試原理

本文試驗(yàn)采用脈動(dòng)法測(cè)試。脈動(dòng)法是指利用建筑物周圍大環(huán)境的微小振動(dòng)(俗稱脈動(dòng))作為激勵(lì)，引起結(jié)構(gòu)物的脈動(dòng)反應(yīng)，從而測(cè)定結(jié)構(gòu)物的自振特性。對(duì)一個(gè)多自由度的線彈性體系，根據(jù)線性多自由度系統(tǒng)的動(dòng)力分析理論，動(dòng)態(tài)方程可用正則坐標(biāo)寫成如下形式:

其中，Yj(t)為正則坐標(biāo)向量的第j個(gè)元素;fj(t)為激振力向量的第j個(gè)元素。

那么，在第k個(gè)自由度的真實(shí)響應(yīng)，即原坐標(biāo)中的第k個(gè)自由度上的響應(yīng)將是:

其中，φkn為第n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化振型向量第k個(gè)自由度上對(duì)應(yīng)的元素。

如果將時(shí)間域的響應(yīng)變換到頻率域，將用到Y(jié)n(t)的自功率譜，且可以表示為:

圖1 廠房平面布置圖

圖2 廠房?—?軸立面圖

圖3 廠房?—?軸立面圖

在第k點(diǎn)真實(shí)的響應(yīng)信號(hào)的自功率譜，對(duì)于小阻尼結(jié)構(gòu)，通常認(rèn)為正則振型互相之間是不相關(guān)的。因此，響應(yīng)自功率譜表達(dá)式可以寫成:

很顯然，只有當(dāng)激勵(lì)力的自功率譜在固有振型頻率范圍內(nèi)為常量時(shí)，才能反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。激振信號(hào)譜比較平坦，且在半功率帶寬內(nèi)是或包含白譜，各模態(tài)間耦合可以忽略，所以各諧振峰處半功率帶寬內(nèi)的響應(yīng)就可認(rèn)為與純模態(tài)響應(yīng)相等。于是，可根據(jù)振幅譜圖的峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率確定系統(tǒng)的固有頻率;根據(jù)振幅譜圖上各峰值處的半功率帶寬確定模態(tài)阻尼比;根據(jù)同一固有頻率處各測(cè)點(diǎn)振幅譜圖的峰值的大小確定固有振型幅值的相對(duì)大小。

表1 工況與測(cè)點(diǎn)布置簡(jiǎn)圖

3 測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置

該廠房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，為了測(cè)量靠近振動(dòng)篩的主要受力柱子振動(dòng)特性，將水平拾振器沿豎向分別放置于±0.00 m地坪柱腳、3.9 m一層柱頂附近、9.8 m二層柱頂附近、13.7 m三層柱頂附近、19.3 m四層柱頂附近等特征高度處。

根據(jù)該廠廠房的構(gòu)成，測(cè)試分別在結(jié)構(gòu)兩個(gè)部位上進(jìn)行，即廠房C列，D列與⑥軸線相交處的兩個(gè)混凝土柱。測(cè)點(diǎn)布置見圖1～圖3。

4 測(cè)試工況

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用橫向和縱向地脈動(dòng)以得到廠房的動(dòng)力特性(橫向和縱向的振動(dòng)頻率、振型、阻尼比)。測(cè)試時(shí)，拾振器測(cè)量結(jié)構(gòu)的兩個(gè)水平主軸方向的振動(dòng)信號(hào)。首先測(cè)試結(jié)構(gòu)的橫向振動(dòng)，然后將各拾振器同向扭轉(zhuǎn)90°測(cè)量縱向振動(dòng)。各工況見表1。

表2 某廠房D6柱各工況數(shù)據(jù)處理結(jié)果

5 動(dòng)力特性測(cè)試結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的輸入和輸出信號(hào)，通過“DASP”軟件進(jìn)行頻域分析，得到了廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)的動(dòng)力特性包括頻率、振型。從圖上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率和幅值，得到廠房結(jié)構(gòu)縱、橫向的頻率和該頻率對(duì)應(yīng)的振型，各工況數(shù)據(jù)經(jīng)處理分析后由表2，表3，圖4給出。

表3 某廠房C6柱各工況數(shù)據(jù)處理結(jié)果

圖4 框架柱振型圖（單位：m）

6 結(jié)語

通過結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性的測(cè)試，可以為該廠房結(jié)構(gòu)抗震分析提供動(dòng)力參數(shù)，在沒有大型激振設(shè)備的情況下，利用大地的脈動(dòng)通過專門的儀器進(jìn)行結(jié)構(gòu)的動(dòng)測(cè)是簡(jiǎn)捷方便的。通過本文，可為多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)力測(cè)試作為參考依據(jù)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)動(dòng)力特性周期電算結(jié)果一般較實(shí)測(cè)周期偏大很多，一個(gè)主要的因素是:框架結(jié)構(gòu)在電算中只考慮框架柱是抗側(cè)力構(gòu)件。而在脈動(dòng)反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中，結(jié)構(gòu)整體處于線彈性工作階段，框架填充墻與框架處于協(xié)同工作狀態(tài)，故提供的抗側(cè)剛度很大，這是造成結(jié)構(gòu)電算周期與實(shí)測(cè)值相比偏大的主要原因。對(duì)于此次測(cè)量的車間標(biāo)高3.9 m處振幅異常，則是因?yàn)榇藰?biāo)高處平臺(tái)放置一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，此電動(dòng)機(jī)無法停止運(yùn)轉(zhuǎn)，因而造成此處振幅激增。

[1]李國(guó)強(qiáng)，李 杰.工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力檢測(cè)理論與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社，2002.

[2]張令彌.振動(dòng)測(cè)試與動(dòng)態(tài)分析[M].北京:航空工業(yè)出版社，1992.

[3]王廣軍，樊水榮.建筑自振周期計(jì)算方法和實(shí)測(cè)資料手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑科學(xué)研究院，1988.

[4]徐廣有，李忠歧，屈鵬舉.高層建筑動(dòng)力特性的脈動(dòng)法測(cè)試與分析[J].甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994(6):94-98.