剪切致动与拉伸致动压电层合结构的静动力分析

剪切致动与拉伸致动压电层合结构的静动力分析1

王建国，丁根芳，覃艳

合肥工业大学土木建筑工程学院，安徽合肥（230009）

摘 要：从压电本构方程出发，借助Hamilton 原理建立了压电层合结构的有限元方程，基于此理论，采用ANSYS 的二维四结点四边形压电耦合单元，运用ANSYS/APDL 语言，编制了力-电多场有限元分析程序（MPFEMP ）。运用该程序对比分析了压电片粘贴于结构表面和埋置于结构内部的两类智能梁，揭示了两种模式下不同的致动机理，提供了压电片厚度变化、长度变化和位置变化三种情况下的曲线图，还给出了复合梁的前三阶振型和随压电片长度与位置改变下的自振频率。对比得出的一些结论，对多层智能结构的设计具有一定的参考价值。 关键词：压电梁，有限元，智能结构，剪切致动，拉伸致动

中图分类号：TU501 TU599 TU311.41 文献标识码：A

1. 引言

近年来压电层合结构以其快响应、高精度、大频宽、高性能等众多特点而被作为传感器与致动器在航天[1]、精密控制与测量[2]及土木工程智能结构[3]开始广为采用。由于实际压电多层结构的复杂性，近年来用于压电多层结构分析的有限元数值方法也得到了飞速发展。Allik [4]等最早开始了这方面的工作。Ha [5]总结了压电三明治层合结构的有限元理论。Tzou [6]等基于离散层理论提出了板壳的有限元分析模型。Benjeddou [7]提出了一种能用于拉伸致动与剪切致动三层压电耦合结构分析的通用有限元模型。Lee [8]运用双线性四节点板单元研究了热压电层合板。Carrera [9]采用改进的Reissner-Mindlin 模型用于压电层合板的有限元分析。国内Tian 与Shen [10]、丁皓江[11]等在压电有限元方面也做了很多工作。Cen [12]基于一阶剪切变形理论，采用一种新的具有多自由度的四结点四边形有限单元CTMQE 对压电复合板进行了研究。W ang [13]基于状态空间法系统研究了多层压电介质空间轴对称与非轴对称问题的解。

本文运用Hamilton 原理建立了含有压电传感器与致动器的多层耦合结构的有限元方程，根据此理论，借助ANSYS 的二维四结点四边形压电耦合单元，运用ANSYS/APDL 语言，编制了力-电多场通用有限元分析程序（MPFEMP ）。首先运用此程序验算了zhang [16]的中间层全为压电层的三明治梁，与文[16]比较证明了本文方法的可行性与有效性，在此基础上，对比分析了压电片粘贴于结构表面和埋置于结构内部的两类智能梁，揭示了剪切致动和拉伸致动两种不同的变形机理，提供了压电片厚度变化、长度变化和位置变化三种情况下的曲线图，还给出了复合梁的前三阶振型和随压电片长度与位置改变下的自振频率。对比得出的一些结论，对多层智能结构的设计具有一定的参考价值。

2. 线弹性压电体有限元方程

在推导有限元耦合方程前，我们对压电层合结构作如下假定：1）、结构各层之间理想黏结；2）、遵循线性弹性压电体理论；3）、各个压电片之间无相互作用的电磁场干扰；4）压电片上下表面完全覆盖电极。线性压电本构方程[14,15]：

{}[]{}[]{}

{}[]{}[]{}?

?

?∈+ε=?ε=σE e D E e c T (1) 式中{}σ,{}ε,{}E ,{}D 为应力，应变，电场强度，电位移矢量；[]c ,[]e ,[]Ξ为弹性，压电和介电系

1

本课题得到国家自然科学基金（10572046）；高等学校博士学科点专项科研基金（20030359005）和安徽省自然科学基金的资助。

数矩阵。线性压电结构能量泛函为：

W H T L +?= (2)

其中T 是动能，H 是电焓，W 是外力和电荷所做的功。 {}{}{}{}{}{}()

{}{}{}{}∫∫∫∫∫∫Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

φ?φ?Ω+=Ω?σε=

Ωρ=S

S

q S Q f u S F u W D E H u u T d d d d d 21

d 21

T

T

T T T &&

(3)

式中{}u &为速度矢量,ρ,φ,S,Ω,}F {,}f {,Q ,q 分别为质量密度，电势，面积，体积，面力，体力，

面电荷密度，体电荷密度。 由哈密尔顿（Hamilton ）原理可得 ∫

=2

1

0d t t t L δ

(4)

在有限元方法中，位移{}u 和电势φ可用插值函数表示为：

{}[]{}

[]

{}?

?

?φ=φ=φi i u N u N u (5) 其中{}i u 、{}i φ为节点位移和电势值，[]u N 、[]

φN 为形函数。由应变与位移的关系和电场与电势的关系，利用方程（4）可得：

{}[]{}

{}[]

{}?

?

?φ?==εφi i u B E u B (6) 式中[]u B 是应变矩阵，[][]

φφ??=N B 。将方程（1）～(3),（5），（6）代入（4），由Hamilton 原理可得：

[]{}[]{}[]{}{}

[]{}[]{}{}

i

i

i

u

i

i

u i

uu

i

uu

g K u K p K u K u M =φ+=φ++φφ

φφ

&& (7)

其中：

[][][][][][][][][][][][][][][][]{}[]{}[]{}{}[][]∫∫∫∫∫∫∫∫Ω

φφΩ

φ

Ω

φ

φφ

Ωφ

φφ

Ω

φ

Ω

Ω

??=Ω+=Ω∈=Ω

=Ω=Ω

=S

i u S

u i u

u

u

u u

u

uu

q N S Q N g f N S F N p B B K B e B K B e B K B c B K d d d d d d d d T T T T T

T

T

T

T

由方程（7）的第二式解出{}[]{}[]{}()i

u

i

i u K g K φ?φφ

?=φ1

并代入方程（7）的第一式可得：

[]{}[][][](){}{}[]{}i

i

i

u uu

i

uu

g K p u K K K u M 1

1

?φφ

φ

?φφ

?=?+&&

(8)

方程（8）是以结点位移表示的线性压电结构的有限元法动力方程。

3. 压电自由振动方程

铝层 铝层

假设结构阻尼矩阵[]0=C ，{}{}0==i i g p ，则式（8）可简化为

[]{}[]{}0*

=+u K

u M uu &&

（9）

对于一个固有振动，我们取

{}{})cos('

Ψ+=t u u ω （10）

式中{}'u 为模态向量，ω为结构的固有频率，Ψ为初相角。将上式代入式（9）便得到结构振动特性问题：

[][](){}02

*

=?u M K uu

ω

（11）

从上式可知，只要知道结构的质量矩阵和刚度矩阵，就可以进行压电耦合系统的动态特性分析。

4. 剪切与拉伸致动的压电三明治梁

基于压电有限元的理论，采用参数化设计语言APDL 编制了力-电多场通用有限元分析程序（MPFEMP ）。借助该程序分析了图1(剪切致动)与图2(拉伸致动)所示的基于剪切致动和拉伸致动的三层压电梁，x=0处固支，x=L 处自由，各几何参数和材料常数如下，计算结果见图3～图10。 几何参数：L=100mm, h 1=8mm, h 3=8mm; 电压载荷V=20V(剪切致动) ;, V=10V(拉伸致动)

铝（AL ）[7]： E =70.3Gpa, ν=0.34, ρ=2690kg/m-3 刚性泡沫（FOAM ）[7]： E =35.3Gpa, G=12.76MPa, ν=0.383, ρ=32kg/m-3

压电材料（PZT5H ）[7]：

1

8Fm

103.1000503.1000503

.1－－×????

??????=ε

2

10Nm

103.203.20033.20006.1200041.86.12000

41.895.76.12 c ?×????????????

??

???

??

?=sym

2C 0003.235.65.601700001700000

e ?????

????????=m

4.1 静力分析

经过多次验证，复合梁被切分成450个单元时结果已完全收敛， 图3和图4曲线显示本文计算

Fig.1 Principle figure of shear actuation piezoelectric beam

Fig.2 Principle figure of extension actuation piezoelectric beam

Fig.5 Beam’s tip deflection versus piezo’s length

解(MPFEMP Results)与解析解[16]吻合良好，证明了本文程序的有效性。图5-10分别为剪切致动和拉

伸致动两种模式下，压电片的长度变化、厚度变化和位置变化对梁端点（X=L ）处位移的影响曲线。

0.0

2.0x10

-8

4.0x10

-8

6.0x10

-8

8.0x10

-8

1.0x10

-7

1.2x10

-7

B e a m 's D e f l e c t i o n (m )

Beam's Axial Location (mm)

0.11510255075

2.0x104.0x10

6.0x10

8.0x10

1.0x10

1.2x101.4x10

B e a m 's D e f l e c t i o n (m )

Thickness of Piezoelectric layer (mm)

图4 基于拉伸致动压电梁的变形

Fig. 4 Beam’s deflection for extension actuation

图6 梁端挠度VS 压电片长度（拉伸致动）

Fig.6 Beam’

s tip deflection versus piezo’s length

Length of piezoelectric layer (mm)

图7 梁端挠度VS 压电层厚度(剪切致动)

Fig.7 Beam’s tip deflection versus piezo’s thickness

图8 梁端挠度VS 压电层厚度(拉伸致动) Fig.8 Beam’s tip deflection versus piezo’s thickness

图3 基于剪切致动压电梁的变形 Fig. 3 Beam’s deflection for shear actuation

0.0

1.0x10

-7

2.0x10

-7

3.0x10

-7

4.0x10

-7

5.0x10

-7

6.0x10

-7

B e a m 's y d e f l e c t i o

n (m )

Beam's axial location (mm)

2.0x10

4.0x106.0x108.0x101.0x101.2x101.4x10

1.6x10B e a m 's T i p D e f l e c t i o n (m )

Thickness of Piezoelectric layer (mm)

我们采用APDL 语言编制层合梁的自由振动分析程d =1mm,La =20mm 闭[7]、文[18]误差率均小于[7]计算的正确性。文[7]也给出了前三阶的振

图10 梁端挠度VS 压电层位置 (拉伸致动) Fig.10 Beam’s tip deflection versus piezo’s position

表2 剪切致动和拉伸致动梁闭环前四阶自振频率(Hz) T able 2 Beam’s first four natural frequencies for shear and extension

mode in close form(Hz)

频率阶数 1 2 3 4 本文解 955 3833 7982 16776 数值解[7] 989 3916 8374 17416 图1-1 误差(％) 3.4 2.1 4.7 3.6

本文解 1012 4130 11704 22639 解析解[18] 1030 4230 12000 23500 图1-2 误差(％) 1.7 2.3 2.5 4.0 MPFEMP Results,Shear Mode

Mode #1: 989Hz Mode #2: 3833Hz Mode #3: 7982Hz

图11 剪切致动前三阶振型图 Fig.11 First three vibration modes for shear actuation mechanism

B e a m 's T i p D e f l e c t i o n (m )

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0.0

1.0x10

-8

2.0x10-8

3.0x10-8

4.0x10-8

5.0x10-8

6.0x10-8

7.0x10-8

8.0x10

-8

9.0x10-8

1.0x10-7

Position of actuator (mm)

几何参数： h1 = h3 =1mm, h2 = 0.5mm L = 50 mm, La: 压电片长度, d 到梁悬臂端距离 刚性泡沫：

E=35.3MPa,G=12.76MPa,ρ=32kg/m -3,ν=0.383

5. 总结

本文运用Hamilton 原理建立了含有压电传感器与致动器的多层耦合结构的有限元方程，根据此理论，借助ANSYS 的二维四结点四边形压电耦合单元，运用ANSYS/APDL 语言，编制了力-电多场通用有限元分析程序（MPFEMP ）。利用此程序对比分析了剪切致动和拉伸致动两种模式的压电层合梁，提供了压电片厚度变化、长度变化和位置变化三种情况下的曲线图，还给出了复合梁的前三阶振型和随压电片长度与位置改变下的自振频率。对比得出的以下一些结论，对多层智能结构的设计具有一定的参考价值。

（1）、梁的端点位移和压电片的长度成正比。观察图5和图6，在剪切致动和拉伸致动两种情况下，都呈现这种现象。剪切致动在压电片小于20mm 情况下对致动效果影响较为灵敏。

（2）、观察图7和图8，随着压电片的厚度增加，压电片上的电场强度减小，梁的端点位移不断减小。梁的最佳位移在[10-1,100]之间，但是厚度过小容易导致压电片被高压击穿。所以，获得最佳致动效果的压电片厚度，具有一个最优值。

（3）、从图9发现，在压电片离梁固定端15mm 处，达到梁自由端的变形最大值。该结论和文[17] 算例结果Figure 4吻合良好。说明剪切致动情况下，压电片的位置对于梁的致动效果也存在一个最优值。观察图10，在拉伸致动模式下，压电片靠近固定端，梁的变形最大。

（4）、拉伸致动压电梁的前四阶自振频率比剪切致动压电梁要略大。这主要是由于压电结构不同堆叠的原因。本文结论和文[7]、文[18]结论吻合良好，文[7]只给出了剪切和拉伸前三阶振型的示意图，本文给出了实际模型的效果图。该结论可以为压电层合梁的主动控制提供计算基础。

MPFEMP Results,Extension Mode

Mode #1:

1012Hz Mode #2: 4130Hz Mode #3:11704Hz 图12 拉伸致动前三阶振型图

Fig.12 First three vibration modes for extension actuation mechanism

参考文献

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Numerical simulation and comparative analysis for Extension and Shear multilayered piezoelectric structures

Wang Jianguo, Qin Y an, Ding Genfang

School of Civil Engineering, Hefei University of Technology, Hefei, China (230009)

Abstract:

The finite element equations are derived by application of the extended Hamilton principle based on the classic electroelastic theory. Mechanical-electric coupled program has been developed by use of ANSYS/APDL language.Based on the program, two kinds of three-layer smart beams with surface-mounted and embedded piezoelectricity are modeled by use of ANSYS/APDL language.By drawing the graphs with the gradual change of the thickness、length and position of the piezoelectricity,a basic vibration control theory has been concluded whilst the beams’ natural frequencies are discussed considering piezoelectricity different length and location.The results show good comparison with those found in the literature. The summarized conclusion can be used in optimal designing and shape controlling for smart structures.

Keywords: piezoelectric beam; finite element; smart structure; extension actuation; shear actuation

作者简介：王建国(1954)，男，教授，博士，博士生导师，土木工程中的关键性力学问题的研究。

桥梁静动载试验方案

桥梁静动载试验方 案

桥梁承载能力静动载试验方案 编制： 校审： 批准： 有限公司 月日

目录 第一章工程概 况 ...................................................... .. . 1 1.1任务来源及具体任 务 (1) 1.2项目概 述 ........................................... .. .. 1 1.2.1主要技术指 标 .................................................... .. 2 1.3工程质量鉴定检测依 据 (3) 第二章桥梁试验目的、内容及仪 器 (4) 2.1荷载试验的目 的 ................................................... .. 4 2.2静载荷载试 验 ...................................................... .. 4

2.3动载荷载试 验 ..................................................... (4) 2.4使用仪 器 ...................................................... ..... . 5 第三章静载试验实 施 (6) 3.1试验项 目 ...................................................... ..... . 6 3.2测试项目及其量测方 法 (6) 3.3荷载计 算 ...................................................... .... .. 7 3.4 加载车 辆 ...................................................... .. (8) 3.4.1 试验承载能力加载方 案 (8) 3.4.2荷载加载系

结构动力学读书笔记

《结构动力学》读书报告 学院 专业 学号 指导老师 2013 年 5月 28日

摘要：本书在介绍基本概念和基础理论的同时，也介绍了结构动力学领域的若干前沿研究课题。既注重读者对基本知识的掌握，也注重读者对结构振动领域研究发展方向的掌握。主要容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构动力学的前沿研究课题。侧重介绍单自由度体系和多自由度体系，重点突出，同时也着重介绍了在抗震中的应用。 1 概述 1.1结构动力学的发展及其研究容： 结构动力学，作为一门课程也可称作振动力学，广泛地应用于工程领域的各个学科，诸如航天工程，航空工程，机械工程，能源工程，动力工程，交通工程，土木工程，工程力学等等。作为固体力学的一门主要分支学科，结构动力学起源于经典牛顿力学，就是牛顿质点力学。质点力学的基本问题是用牛顿第二定律来建立公式的。牛顿质点力学，拉格朗日力学和哈密尔顿力学是结构动力学基本理论体系组成的三大支柱。 经典动力学的理论体系早在19世纪中叶就已建立，。但和弹性力学类似，理论体系虽早已建立，但由于数学求解上的异常困难，能够用来解析求解的实际问题实在是少之又少，能够通过手算完成的也不过仅仅限于几个自由度的结构动力体系。因此，在很长一段时间，动力学的求解思想在工程实际中并未得到很好的应用，人们依然习惯于在静力学的畴用静力学的方法来解决工程实际问题。 随着汽车，飞机等新时代交通工具的出现，后工业革命时代各种大型机械的创造发明，以及越来越多的摩天大楼的拔地而起，工程界日新月异的发展和变化对工程师们提出了越来越高的要求，传统的只考虑静力荷载的设计理念和设计方法显然已经跟不上时代的要求了。也正是从这个时候起，结构动力学作为一门学科，也开始受到工程界越来越高的重视，从而带动了结构动力学的快速发展。 结构动力学这门学科在过去几十年来所经历的深刻变革，其主要原因也正是由于电子计算机的问世使得大型结构动力体系数值解的得到成为可能。由于电子计算机的超快速度的计算能力，使得在过去凭借手工根本无法求解的问题得到了解决。目前，由于广泛地应用了快速傅立叶变换（FFT），促使结构动力学分析发生了更加深刻地变化，而且使得结构动力学分析与结构动力试验之间的相互关系也开始得以沟通。总之，计算机革命带来了结构动力学求解方法的本质改变。 作为一门课程，结构动力学的基本体系和容主要包括以下几个部分：单自由度系统结构动力学，；多自由度系统结构动力学，；连续系统结构动力学。此外，如果系统上所施加的动力荷载是确定性的，该系统就称为确定性结构动力系统；而如果系统上所施加的动力荷载是非确定性的，该系统就称为概率性结构动力系统。 1.2主要理论分析 结构的质量是一连续的空间函数，因此结构的运动方程是一个含有空间坐标和时间的偏微分方程，只是对某些简单结构，这些方程才有可能直接求解。对于绝大多数实际结构，在工程分析中主要采用数值方法。作法是先把结构离散化成为一个具有有限自由度的数学模

静、动载试验考试答案

一、填空题（每空2分，共80分） 1、进行桥梁承载能力评定时，作用效应与抗力效应的比值在1.0-1.2之间时，应通过荷载试验评定承载能力。 2、进行桥梁承载能力评定时，有关作用及其组合在无特殊要求时宜采用设计荷载标准。 3、静力试验荷载可按控制内力、应力或变位等效原则确定，静力荷载试验效率宜介于0.95-1.05之间。 4、对简支梁桥进行静力荷载试验时，内力或位移控制截面的主要主要加载测试项目有跨中截面最大正弯矩和挠度和支点截面最大剪力；对连续梁桥进行静力荷载试验时，内力或位移控制截面的主要主要加载测试项目有跨中截面最大正弯矩和挠度、内支点截面最大负弯矩和L/4截面弯矩和挠度； 5、为了获取结构试验荷载与变位的相关曲线以及防止结构意外损伤，对主要控制截面试验荷载的施加应分级进行。加载级数应根据荷载量和加载最小荷载增量而定。试验荷载应按控制截面最大内力或位移分成4 ~5级施加。受条件所限时，至少也应分成3级施加。 6、对在用桥梁，应从结构或构件的强度、刚度、抗裂性和稳定性四个方面进行承载能力检测评定。 7、静力荷载试验结构主要测点校验系数ζ值小于1时，代表桥梁的实际状况要好于理论状况。 8、静力荷载试验结构主要测点相对残余变位或相对残余应变Sp’越小，说明结构越接近弹性工作状况。 9、对于多跨或多孔桥梁，应根据桥梁技术状况检查评定情况，选择具有代表性的或最不利的桥跨进行承载能力检测评定。 10、按照JTG D62-2004有关规定，计箅桥梁结构或构件抗力效应和作用效应，采用引人分项检算系数修正承载能力极限状态和正常使用极限状态计算表达式的方法进行检算评定。 二、简答题（每题10分，共40分） 1、当在用桥梁有哪些情况时，应进行承载能力检测评定？ 1技术状况等级为四、五类的桥梁； 2拟提高荷载等级的桥梁； 3需通过特殊重型车辆荷载的桥梁； 4遭受重大自然灾害或意外事件的桥梁。

结构动力分析

【结构工程的软件时代】 结构工程已全面进入软件时代，结构工程师要从繁琐的重复劳动中解脱出来，培养结构概念和体系，锻炼结构整体思维。 《结构概念和体系》是国际著名的结构大师林同炎广为流传的著作。相信大多数从事建筑结构的工程人员都或多或少读过这本书。其实，这本书可以说是结构工程师的必修课。从事结构工作，很重要的一点就是在工作中培养结构概念体系和整体性思维的方法。这对于结构工程师来讲，是十分重要的。 如今的软件技术已相当发达，很多繁琐的工作都可以通过软件完成，甚至于智能化到了“一键式完成”的地步。设想，如果在软件再这么智能化而且功能强大下去，到时候，只要输入基本的设计参数和经济指标，按一个回车键，软件就将建筑方案设计、结构方案设计、施工图设计全部一条线完成出来了，那么对结构工程师来说不是一场灾难嘛。软件取代所有主要工作，技术人员不就要下岗了啊。所以，我认为，从一个角度来讲，结构工程软件时代的到来，意味着结构工程师的一场“危机”。如何在这场即将到来的危机面前“明哲保身”，做软件所不能做到的事情是很关键和重要的，什么最关键而重要，我认为就是结构的概念和体系思维，这个才是将来结构工程师的价值所在，而这恰恰是软件所难以做到的。 闲话暂放，言归正传。这篇博客将粗浅地探讨结构动力学问题的概念和体系问题。之所以关注结构动力学问题，一是因为结构静力学研究已比较成熟，林同炎前辈的《结构概念和体系》一书中已阐明很完善精辟了，二是因为现阶段工程结构抗震问题是研究的热点和前沿，这个时代里不懂工程抗震概念的结构工程师很难成为一个好工程师。 构件→结构→结构体系，整体性思维，需要工程实践的锻炼以及不断思考的积累。在实践中，反复向自己提问是培养结构概念的一个好方法。比如，问自己什么叫振型分解法？有哪些假定？什么叫时程分析法？有哪些优缺点？……这样积累下来，很多概念就越辩越明，结构的概念也就逐渐得到建立。 【结构动力分析的分类】 结构动力分析主要包括：特征值分析、反应谱分析、时程分析三大块。特征值分析也称结构自振特性分析，主要求解结构的自振周期和振型向量。反应谱分析基于振型分解反应谱理论，是一种工程上最常用的计算地震作用下结构动力响应方法，但这种方法只限于线弹性结构，弹塑性阶段振型分解法不再适用。时程分析包括线弹性时程分析和弹塑性时程分析两大类，与振型分解法的主要区别在于采用实测的地震波输入结构计算结构的响应，弹塑性时程分析具体还可分为静力弹塑性时程分析（也称Pushover分析）和动力弹塑性时程分析两类。 上述结构动力分析中，特征值分析和反应谱分析比较常用。而时程分析一般仅针对重要建筑以及体型非常复杂的建筑。小震水准下可进行结构线弹性时程分析，大震水准下需要采用结构弹塑性时程分析方法。现阶段，弹塑性时程分析还属于工程上比较前沿的分析内容，还属于一部分实力较强的设计院和科研机构的“专利业务”。当然，我认为随着结构技术人员水平的不断提高，以及软件技术的发达，结构弹塑性时程分析在将来将会越来越普及，甚至成为结构设计人员的“家常便饭”。 【特征值分析】 特征值分析也称结构自振特性分析，因为在数学上这个问题属于齐次线性方程组特征值的求解问题，故亦称特征值分析。其目的是求解结构的自振周期和振型。以前曾经碰到这样一个很有意思的概念问题：结构的阻尼比越大，那么结构的自振周期是减小还是增大呢？概念不清就很容易产生混乱。其实，结构的自振特性均是指无阻尼自由振动的特性值，因此不存在阻尼的影响问题。还有一个问题就是什么是振型？虽然我们经常提振型这个概念，不少人一时半会答不上来。从概念上讲，振型是结构发生无阻尼自由振动时各质点的相对位移，

静动载试验---- 静载试验

第二章 静载试验 北浩龙江大桥位于广西省柳州市柳城县，采用40+64+40m 三跨一联预应力砼变高度箱形连续梁，属于新建铁路桥梁。根据结构特点，静载试验选择3跨（0#台~1#墩边跨、中跨、1#墩~2#墩边跨）进行试验，经过各方单位几天的密切配合和精心准备，于2008年7月10日上午6:30至下午18:00完成了对0#桥台到3#墩之间的桥跨的全部3种工况的现场静载试验。 柳州 贵阳 图2.1北浩龙江大桥立面布置图（单位:m ） 2.1测点布置与测试方法 2.1.1 控制截面应力测试 应变测试主要采用表面式振弦式应变计，配合读数仪，测量精度控制在±0.2MP 以内。应变值通过记录的N 或L 值得到： ?? ? ???-?=-=?20219211110N N K εεε=-1L 0L

式中，K=4.062， N、1L——当前值，0N、0L——初始值。 1 为消除温度变化的影响，在梁体非受力位置布置一个应变温度补偿测点。 下游 (a)跨中截面测点布置图 下游 (b)墩顶截面测点布置图 图2.2 梁体控制截面应变测点布置示意图 2.1.2 梁体竖向静挠度测试

在边跨跨中、中跨跨中、中跨L/4、中跨3L/4及各支座截面布置挠度测点，上下游两侧对称布置。考虑到连续梁桥的特点，各控制截面加载时，除了测试本试验跨支点外，还需测试两相邻桥跨跨中、支点处布置挠度测点，测点布置如图2.3所示。挠度测试主要采用高精密水准仪进行，测试时，须找取不受荷载影响的稳定的后视点。此项内容主要为评判桥梁的竖向刚度提供依据。同时，还可监测各支点的沉降。 试验跨 试验跨试验跨 图2.3 挠度测点布置示意图 2.1.3 裂缝观测 为了确保梁体的工作状态，试验过程中及加载后，须对梁体控制截面进行详细观测，包括裂缝的出现及扩展情况。若混凝土出现裂缝，则进行裂缝状况描绘，并采用20倍的刻度放大镜或安装千分表进行裂缝宽度量测。 2.2 理论分析 为了准确分析该的结构特性和确定最不利轮位布载，理论分析主要采用“桥梁博士”系统3.03版以及MIDAS大型有限元分析程序分别计算内力影响线、控制截面的应力和变形等参数。各控制截面影响线如图2.4（a）～（c）所示。

结构动力稳定性的分析方法与进展_何金龙

结构动力稳定性的分析方法与进展 何金龙1,法永生2 (1.卓特建筑设计有限公司,广东佛山528322;2.上海大学土木工程系,上海200074) 【摘　要】　就目前结构动力稳定性问题这一研究领域的若干基本问题,常用的处理方法,判别准则与实验研究方法以及目前取得的主要成果作了简要总结和综述,并且对结构动力稳定性分析与研究今后的发展方向进行了展望。 【关键词】　结构;　动力稳定性;　处理方法;　判别准则;　实验研究 【中图分类号】　T U311.2 【文献标识码】　A 根据结构承受荷载形式的不同,可以将结构稳定问题分为静力稳定和动力稳定两大类。动力载荷作用下结构的稳定性问题是一个动态问题,由于时间参数的引入,使问题变得极为复杂。对于结构动力稳定性的定义一直难以确切给出,这是因为结构自身动力特性具有复杂性使得其在数学意义上的定义很难予以准确表达[1]。长期以来,力学工作者致力于结构稳定性问题的研究,在发展了经典稳定性理论的同时也极大地推动了动力稳定理论研究的前进。如稳定性判定准则的建立、临界载荷的确定、初缺陷的影响或后分叉分析等。理论分析和实验研究逐渐增多,使得这门学科不仅在理论上形成了一个庞大而复杂的体系,而且具有重要的实用价值。可以说,现在的结构动力稳定性研究分析已经是结构动力学、有限元法、数值计算方法及程序设计等诸多学科相互交叉、有机结合的产物,属于现代工程结构研究领域中的一个重要分支。 1　结构动力稳定性的分类及主要的研究问题 结构动力稳定性就其承载的动力形式大致可以分为三类。 (1)结构在周期性荷载作用下的动力稳定性。在简谐荷载等周期性荷载作用下,当结构的自振频率与外载荷的强迫振动频率非常接近时,结构将产生强烈的共振现象;当结构的横向固有振动频率与外荷载的扰动频率之间的比值形成某种特定的关系时,结构将产生强烈的横向振动,即参数振动。对于这类问题,前苏联学者符华·鲍络金(Bolito n)在其著作《弹性体系的动力稳定》中给出了较全面的分析和论述。他们导出的区分稳定区和不稳定区的临界状态方程是一个周期性方程,即M athieu-Hill方程。在周期相同的解之间存在着不稳定区域,便把问题归结为确定微分方程具有周期解的条件,从而解决了稳定的判别问题。但是对于大变形的几何非线形结构,结构的刚度矩阵需要经过迭代,微分方程非常复杂,这些理论将难以成立。 (2)结构在冲击荷载作用下的动力稳定性。在这种情况下,结构的动力稳定性与冲击类型密切相关,而且首要问题在于合理、实用的判别准则,它不仅要在逻辑上站得住脚,又要在实际上可行,遗憾的是这个问题至今未能形成一致的看法。目前对结构承受瞬态冲击作用下的冲击稳定性的试验和理论研究主要集中在理想脉冲以及阶跃荷载下的动力稳定性。在脉冲荷载作用下发生的动力屈曲称为脉冲屈曲,已有的研究表明[2][3][4],脉冲屈曲是一类响应式屈曲或者动力发展型屈曲。阶跃荷载是一类具有恒定幅值和无限长持续时间的载荷形式。在试验或者实际当中,固体与固体之间的冲击引起的屈曲就可看作脉冲冲击。 (3)结构在随动荷载作用下的动力稳定性。所谓随动荷载是指随着时间的变化荷载的幅值保持不变而方向发生变化的作用力,它是非保守力。它的分析将极其复杂,目前还难以见到可借鉴的动力稳定性分析文献。因此,许多学者通常采用结构动力学响应分析常用的手段,将这类荷载作为确定性荷载进行分析。通过对结构的动力平衡路径全过程进行跟踪,根据结构的各参数在动力平衡路径中的变化特性,对结构的动力稳定性进行有效的判定[5]。 综上所述,目前国内外动力稳定性研究的现状大致为:对周期荷载下的参数动力稳定性问题、在冲击荷载作用下的冲击动力稳定性问题和阶跃荷载下的参数阶跃动力稳定性问题研究较多,并取得了满意的效果[6][7][8]。恒幅阶跃载荷及矩形脉冲载荷或其它冲击载荷作用下杆的动力稳定问题也有很多研究,并从不同的角度建立了一些稳定性判定准则。但冲击载荷作用下板的动力稳定问题还没有获得广泛和深入的研究。对于较为复杂的冲击荷载作用下结构的动力稳定性问题,目前的研究主要集中于理想脉冲载荷和阶跃载荷作用下结构的动力稳定问题。在这类问题的分析中,最常采用的屈曲准则有B-R准则、Simitses总势能原理和放大函数法。对非周期激振、参数激振和强迫激振耦合引起的动力稳定问题研究较少;对弹性基本构件和简单模型研究较多(如周期激励下的柱子、梁、拱及壳等已得到了成功的分析),对复杂工程结构研究较少。对于在地震、风荷载等任意动力荷载作用下的具有较强的几何非线性的结构的动力稳定性问题,国内外这方面的文献资料虽然最近几年也有一些,但距离真正地合理解决这类动力稳定性问题还有许多工作要做。 [收稿日期]2006-06-12 [作者简介]何金龙(1962～),男,工学学士,一级注册结构工程师,主要从事工业与民用建筑设计工作。 155 　·工程结构·　 四川建筑　第27卷2期　2007.04

地基静载试验技术及要求

静载试验技术和要求 1、工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性检测。 2、量测仪表应每年经国家法定计量单位检定并出具合格证，使用时在有效检定期内，以保证基桩检测数据的准确可靠性和可追溯性。检测前应对仪器设备检测调试。 3、预制桩休止期持力层为粘性土，应为28天以上；砂质粉土、砂性土宜为14天，灌注桩28天以试桩为中心1.0至1.5倍桩长为半径范围内没有强烈振动干扰的条件下，休止28天以上。 4、为设计提供依据的静载试验，应加载至地基土破坏(抗拔：桩侧土体破坏、水平试验：桩侧土体破坏或桩身结构破坏)；为工程验收而进行抽样检测的静载试验，最大加载量不应小于单桩竖向抗压、抗拔、水平承载力设计值的2.0倍。 5、抽检数量：单位工程内同一条件下(同地质条件；同桩型、规格；同施工工艺；同队伍、人员素质、机械；同设计要求)试桩数量不应小于总桩数的1％，且不应小于3根；工程桩总桩数在50根内，不应小于2根(包括抗拔、水平)。 6、单桩承载力检测应明确给出每根桩的承载力检测值，据此并结合整个工程桩身完整性检测的结果，给出该单位工程同一条件下的单桩极限承载力是否满足设计要求的结论。 7、静载试验前应进行低应变法测试。 8、对接桩质量有明显缺陷的多节预制桩、充盈系数偏大或偏小、扩缩径明显且没有代表性的灌注桩不宜作为试桩。 9、千斤顶使用： A、试验用压力表、油泵、油管应在最大加载时的压力不应超过规定工作压力的80%。 B、当采用两台以上千斤顶加载时，其型号、规格应一致。 C、所有千斤顶应并联同步工作，其合力中心应与桩的中心重合。 10、抗压加载反力装置： A、锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置。 B、加载反力装置提供的反力不应小于预估最大荷载的1.2倍（水平：1.25～1.5倍）。 C、应对加载反力装置的全部构件进行强度和变形验算。 D、不能利用静压机作反力装置。 11、锚桩横梁反力装置

进行静动载试验的依据和目的

一、依据： 1、《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）第条规定如下： 特殊检查（含静动载试验）是查清桥梁的病害原因、破损程度、承载能力、抗灾能力，确定桥梁技术状态的的工作。 在下列情况下应做特殊检查： 1）定期检查中难以判明损坏原因及程度的桥梁。 2）桥梁技术状况为四、五类者。 3）拟通过加固手段提高荷载等级的桥梁。 4）条件许可时，特殊重要的桥梁在正常使用期间可周期性进行荷载试验。 2、《公路桥梁承载能力检测评定规程》（报批稿）第条规定如下： 现有公路桥梁有下列情况之一时，须进行承载能力检测（静动载试验）评定： 1）有明显质量衰退或有较严重病害和损伤的桥梁。 2）按照《公路桥涵养护规范》（JTG H11-2004）评定技术状况为四类以上者（含四类）。 3）需提高承载能力及使用功能的桥梁。 4）需通行特种荷载的桥梁。 5）缺失技术资料和安全运营资料的桥梁。 6）发生意外事故并经技术处理后的桥梁。

二、荷载试验的目的 荷载试验分为静力荷载试验与动力荷载试验两种，其目的是了解结构在荷载作用下的实际工作状态，综合分析判断桥梁结构的承载能力和使用条件。 1、静载试验 静载试验主要是通过在桥梁结构上施加与设计荷载或使用荷载基本相当的外载，采用分级加载的方法，利用检测仪器测试桥梁结构的控制部位与控制截面在各级试验荷载作用下的挠度、应力、裂缝、横向分布系数等特性的变化，将测试结果与结构按相应荷载作用下的计算值与有关规范规定值作比较，从而评定桥梁结构的承载能力。具体目的如下： 1）定期检查（外观检查）只能对结构病害进行定性分析，而静载试验能对结构病害进行定量分析，分析结构承载能力的降低情况，判断结构能否满足设计荷载或现有荷载安全通行的要求。（从安全角度考虑） 2）通过静载试验校验系数来说明结构潜在的承载力，相对残余变形反映了结构的工作状态。 3）静载试验是结构加固设计的重要依据，尤其是缺失图纸资料的桥梁显得尤为重要（无相关资料加固设计将无从入手）。通过静载试验对一些承载能力不能满足的桥梁，能指导加固设计需补强结构承载能力的量值（缺多少、补多少）；通过静载试验对一些承载力能满足的桥梁，可进行日常维修养护（无需加固），从而节省了资金。

结构动力学振型分析

MATALAB 作业 某三层钢筋混凝土结构，结构的各层特性参数为：第一层到第三层质量m 分别为2400kg ，1200kg ，1200kg ，第一层到第三层刚度k 分别为3.3*10^4N/m,1.1*10^4N/m,0.66^4N/m.。地震采用acc_ElCentro_0.34g ，采样周期为0.02。 M3=1200kg K3=0.66*10^4N/m. M2=1200kg K2=1.1*10^4N/m M1=2400kg K1=3.3*10^4N/m 用振型分解法求解结构地震反应的MATLAB 层序如下，编制该程序的程序框图以下所示 %振型分解法求解结构地震反应；主程序 clear 开始 输入地震参数和结构参数 计算结构振型与自振型频率 计算振型参与系数 计算单自由度体系的地震反应 求解结构的地震反应 输出结果 结束

clc %地震波数据 xs=2*0.287; dzhbo=load('acc_ElCentro_0.34g_0.02s.txt'); ag=dzhbo*0.01*xs; dt=0.02; ndzh=400; cn=3; %cn为结构的层数，即质点数 m0=[2.4 1.2 1.2]*1e+3; %结构各层质量 k0=[3.3 1.1 0.66]*1e+5; %结构各层刚度 l=diag(ones(cn)); m=diag(m0); %计算质量矩阵 [ik]=matrixju(k0,cn); %计算刚度矩阵 [x,d]=eig(ik,m); %结构动力特性求解 d=diag(sqrt(d)); %求解结构圆频率 for i=1:cn; [d1(i),j]=min(d); xgd(:,i)=x(:,j); d(j)=max(d)+1; end %以此循环对所求频率和振型进行排序w=d1; %所求自振频率 x=xgd; %所求结构主振型 a1=2*w(1)*w(2)*(0.05*w(2)-0.07*w(1))/(w(2)^2-w(1)^2); a2=2*(0.07*w(2)-0.05*w(1))/(w(2)^2-w(1)^2); for j=1:cn x(:,j)=x(:,j)/x(cn,j); znb0(j)=(a1+a2*w(j)^2)/2/w(j); zhcan(j)=(x(:,j))'*m*l/((x(:,j))'*m*x(:,j)); %求解振型参数 [dlt(j,:),dltacceler(j,:)]=zxzj(znb0(j),w(j),ag); end %求解结构各层的地震反应 for i=1:cn; disp1=0; accel1=0; for j=1:cn disp0=zhcan(j)*dlt(j,:)*x(i,j); accel0=zhcan(j)*dltacceler(j,:)*x(i,j); disp1=disp1+disp0; accel1=accel1+accel0; end disp(i,:)=disp1; accel(i,:)=accel1; end

桥梁静载试验检测方法

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/6711375104.html, 桥梁静载试验检测方法 作者：于锐 来源：《价值工程》2010年第24期 摘要:我国近年来公路桥梁建设发展迅猛,而质量是公路桥梁建设的永恒的主题。该文综述了桥梁静载试验检测方法,及其主要工作内容和发展方向。 Abstract: Road and bridge construction in China develops rapidly in recent years and quality has always been the theme for highway bridge construction. The paper comprehensively discusses the bridge static load test methods and its main content and development direction. 关键词:桥梁;静载试验;检测 Key words: bridge;static load test;detect 中图分类号:TU19 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)24-0051-01 0引言 该桥位于陕西省渭南市,为渭潼高速公路线上的一座立交桥。上部结构采用16+2×20+16m 预应力先简支后连续部分预应力空心板。 1静载试验 静载试验是使试验荷载在指定位置对桥梁进行加载,测试桥面的挠度、桥梁控制截面的应 力增量。静载试验需首先通过理论分析,在试验前计算出各控制截面的内力影响线,进行静力加载计算,然后根据静力计算结果与荷载试验结果进行比较,再结合原施工控制所获得成桥状态恒载应力以确定桥梁结构的实际工作状态与设计期望值是否相符,并判定结构的施工质量、运营 安全度。它是检验桥梁结构实际性能如强度、刚度等的最直接、有效的方法。试验荷载按照桥梁的静力试验活载内力与设计活载内力之比不小于0.85,且不大于1.05的原则确定。一般而言,试验活载内力不小于设计活载内力的0.95。试验时,需尽可能减少温度对测量结果的影响,同时,需注意分级加载。 1.1 应力观测 通过在主梁控制截面处粘贴振弦式应变计或电阻应变片测量结构的应力(应变)。对于对称结,可选择半跨布置测点以节约试验所需人力和物力。通过实测的应力和理论建模分析,可以得到强度校验系数:

结构动力学分析

结构动力学分析 1静力分析与动力学分析的区别 静力分析是分析结构在承受稳定载荷作用下的受力特性。结构动力分析是分析结构在承受随时间变化的载荷作用下的动力学特性。 2动力学特性 动力学特性通常有下面几种类型： 2.1振动特性 即结构的振动形式和振动频率。 2.2随时间变化载荷的效应 例如，对结构位移和应力的效应。 2.3周期（振动）或随机载荷的效应 3四种动力学分析及举例 3.1模态分析 用于确定结构的振动特性，即固有频率和振型。在承受动态载荷的结构设计中，固有频率和振型是重要的参数。模态分析也是其他动力学分析前期必须完成的环节。 举例：如何避免汽车尾气排气管装配体的固有频率与发动机的固有频率相同？ 3.2瞬态分析 用于确定结构在受到冲击载荷时的受力特性。 举例：怎样确保桥墩在受到撞击时的安全？ 3.3谐响应分析 用于确定结构对稳态简谐载荷的响应。 举例：如何确定压缩机、电动机、泵、涡轮机械等旋转引起的轴承、支座、固定装置、部件应力？ 3.4谱分析 用于确定结构在受到动载荷或随机载荷时的受力特性。 举例：如何确定房屋和桥梁承受地震载荷时的受力？ 4四种动力学分析基本原理 4.1模态分析理论的基本假设 线性假设：结构的动态特性是线性的，即任何输入组合所引起的输出等于各自输出的组 合，其动力学特性可用一组线性二阶微分方程来描述。任何非线性特性，如塑性、接触单元

等，即使定义了也将被忽略。 时不变性假设：结构的动态特性不随时间而变化，微分方程的系数是与时间无关的常数。 可观测性假设：系统动态特性所需要的全部数据都是可测量的。 遵循Maxwell互易性定理：在结构的i点输入所引起的j响应，等于在j点的相同 输入所引起的i点响应。此假设使结构的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵和频响矩阵都成了对称矩阵。 4.2谐响应分析基本原理 谐响应分析是一种线性分析，非线性特性被忽略。 输入：已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）；同一频率的多种载荷，可以是相同或不相同的。 输出：位移、应力、应变等。 已知动力学运动方程： [M]{u}+[C]{u}+[K]{u}={F(t)} 其中，[M] 为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度矩阵，{u}为节点位移向量，{F(t)}载荷为时间的任意函数。对简谐运动而言，{u}和{F(t)}均为简谐形式。 4.3瞬态分析基本原理 瞬态分析也叫时间历程分析。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要，如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。 输入：结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下随时间变化的载荷。 输出：随时间变化的位移、应力、应变等。 瞬态动力学的基本运动方程： [M]{u}+[C]{u}+[K]{u}={F(t)} 其中，[M] 为质量矩阵，[C]为阻尼矩阵，[K]为刚度矩阵，{u}为节点位移向量，{F(t)}载荷为时间的任意函数。 4.4谱分析基本原理 谱分析模态分析的扩展，是将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算结构的位移和应力。 主要用于分析承受地震或其他随机载荷的建筑物及桥梁结构等。

静载试验技术和要求

静载试验技术和要求 一、工程桩应进行单桩承载力和桩身完整性检测。 二、量测仪表应每年经国家法定计量单位检定并出具合格证，使用时在有效检定期 内，以保证基桩检测数据的准确可靠性和可追溯性。 三、预制桩休止期持力层为粘性土，应为28天以上；砂质粉土、砂性土宜为14天， 灌注桩28天以试桩为中心至倍桩长为半径范围内没有强烈振动干扰的条件下，休止28天以上。 四、为设计提供依据的静载试验，应加载至地基土破坏(抗拔：桩侧土体破坏、水平 试验：桩侧土体破坏或桩身结构破坏)；为工程验收而进行抽样检测的静载试验，最大加载量不应小于单桩竖向抗压、抗拔、水平承载力设计值的倍。 五、抽检数量：单位工程内同一条件下(同地质条件；同桩型、规格；同施工工艺； 同队伍、人员素质、机械；同设计要求)试桩数量不应小于总桩数的1％，且不应小于3根；工程桩总桩数在50根内，不应小于2根(包括抗拔、水平)。 六、单桩承载力检测应明确给出每根桩的承载力检测值，据此并结合整个工程桩身完 整性检测的结果，给出该单位工程同一条件下的单桩极限承载力是否满足设计要求的结论。不仅对来样负责，还要用小样本推断大母体。 七、静载试验前应进行低应变测试。 八、灌注桩试桩必须进行成孔质量检测，包括孔径、孔深、沉渣厚度及垂直度,充盈 系数允许范围至。 九、对接桩质量有明显缺陷的多节预制桩、充盈系数偏大或偏小、扩缩径明显且没有 代表性的灌注桩不应作为试桩。 十、千斤顶使用： 最大安全油压：70MPa 当采用两台以上千斤顶加载时，其型号、规格应一致。 所有千斤顶应并联同步工作，其合力中心应与桩的中心重合。 十一、抗压加载反力装置：

锚桩横梁反力装置、压重平台反力装置、锚桩压重联合反力装置、地锚反力装置。 加载反力装置提供的反力不应小于预估最大荷载的倍（水平：～倍）。 应对加载反力装置的全部构件进行强度和变形验算。 不宜利用静压机作反力装置。 十二、锚桩横梁反力装置 应对锚桩抗拔力进行验算，采用工程桩作锚桩时，锚桩数量不应少于4根。 十三、压重平台反力装置 规范规定压重宜在检测前一次加足。建议实际操作时分二次堆放。 应确保消除压重平台对试验的影响，压重平台施加于地基土的压力不应大于地基土的极限承载力标准值的倍（国标：特征值的倍）。 十四、锚桩压重联合反力装置。 十五、地锚反力装置 国标《建筑基桩检测技术规范》增加了地锚反力装置，对单桩极限承载力较小的摩擦桩可用地锚作反力。 十六、抗拔试验反力装置 根据现场条件确定，尽可能利用工程桩作为锚桩。 十七、水平静载荷试验装置 施加水平作用力的作用点宜与实际工程的桩基承台底面标高一致。 千斤顶和试桩接触处宜安装球形铰座，保证千斤顶作用力能水平通过桩身轴线。千斤顶和试桩接触处桩身应适当补强。 当采用顶推加荷法时，反力结构与试桩之间净距不应小于5d。 当采用牵引加荷法时，反力结构与试桩之间净距不应小于10d。且不小于6m。 十八、试桩、锚桩和基准桩之间的中心距离 十九、水平静载荷试验基准桩与反力结构之间的净距 基准桩与试桩反力结构的净距不宜小于5d。 当基准桩在与加荷轴线垂直方向上或试桩位移相反方法上时，间距可适当减小，但不应小于2m。

桥梁静动载试验检测技术方案(实施细则)

桥梁静动载试验检测技术方案（实施细则） 1.1检测目的 （1）对工程实体进行检测，并重点对施工中已出现的问题和设计要点、重点进行详细检查。依据检查结果对所发现的问题做出相应的评估，以消除工程质量隐患，为工程的交工验收质量评定提供可靠的资料及确定目前存在的病害对桥梁的使用功能及耐久性能的影响程度及整改的初步评价与方案。 （2）通过荷载试验测定该桥在试验荷载作用下控制断面的应变和挠度等参数，判定桥跨结构的实际工作状态和静力性能；通过荷载试验测定该桥结构在动力荷载作用下的受迫振动特性和自振特性、测定桥梁结构的模态参数，判定桥跨结构的动力性能。 （3）综合评价桥梁的工程质量，为桥梁后期养护维修工作及运营期间积累原始科学资料。 1.2检测项目 桥梁静载试验前应进行桥梁外观检测，静载试验时，测试桥梁结构在试验荷载作用下控制截面的应变（应力）、变形、裂缝开展情况等。 动载试验时，测试桥梁结构的自振频率、振型和阻尼系数，桥梁结构在动力荷载作用下的振动频率、冲击系数等。 1.3检测方案 外观检查 桥梁外观质量检查采取向相关单位（建设单位、监理单位、施工单位）调查、现场外观检查相结合的方式进行。荷载试验前，通过向相关单位问询及搜集施工技术资料，调查试验桥梁在施工过程中是否存在施工质量问题；另一方面，对试验桥梁的桥面系、上部结构、支座及下部结构进行现场外观质量检查，以查明各部位的实际状况。对荷载试验结果有直接影响的问题，如上下部结构物的有无影响结构受力的缺陷或损坏、支座有无偏位、破损情况等，在试验过程中随时注意观察其变化，在加载试验过程中和试验结束后，也要对受加

载影响较大的主要控制部位进行详细的检查。 此次桥梁外观检查以目测观察结合仪器观测进行，近距离检查桥梁各部件的缺损情况。 桥面系构造的检查 ①桥面铺装 对桥面铺装裂缝进行逐一统计，对裂缝长度、分布位置进行逐条详细记录，并采集影像资料。裂缝长度采用钢卷尺测量，裂缝位置用钢卷尺测量。 坑槽采用直尺配合钢卷尺测量坑槽深度，采用钢卷尺测量范围和相对位置。 现场查看桥面波浪和桥头跳车现象，并用钢卷尺测量其范围及相对位置。 ②伸缩缝 现场查看伸缩缝处是否存在明显跳车现象，并目测其是否有异常变形、破损、脱落、漏水等病害。测量伸缩缝是否挤压变形，橡胶条是否损坏、脱落，伸缩缝内是否有大量沙土以及混凝土的破损等状况。 ③护栏 外观病害主要通过目测确定病害性质，必要时采用钢卷尺测量器范围及相对位置。详细记录护栏的缺损状况。 ④桥面排水系统 主要采用目测泄水管是否完好通畅，桥头排水沟功能是否完好，锥坡桥头护岸有无冲蚀、塌陷等病害，结合桥面纵、横断面线形测量结果判断桥面排水是否顺畅，桥面是否产生积水等病害。 ⑤对桥面系的典型病害采用数码相机逐一进行影像资料的采集。 上部结构的检查 ①利用专用桥梁检测车或梯子所形成的的检测平台对主梁等上部结构构件的病害进行逐孔近距离检测。 ②体外观表面病害（破损、渗水、表面风化、剥落等）采用钢卷尺测量器范围及相对位置，并对其特性进行详细描述记录。 ③对于上部结构各混凝土构件的裂缝采用钢卷尺测量其范围及相应位置，裂缝宽度采用裂缝宽度仪进行测量，必要时采用裂缝综合测试仪检测裂缝深度。

结构动力学分析

MIDAS/GEN六层框架结构的动力分析 工程概况 建筑地点：北京市 建筑类型：六层综合办公楼，框架填充墙结构。 地质条件：根据设计任务说明地震设防烈度为8度。 柱网与层高：本办公楼采用柱距为6.0m的内廊式小柱网，边跨为6.0m，中间跨为2.7m，层高取首层为4.5m,其余为3.3m，如下图所示： 框架结构的计算简图：

典型结构单元 梁、柱、板截面尺寸的初步确定： 1、梁截面高度一般取梁跨度的1/12至1/8。本方案取1/10×6000=600mm，截面宽度取600×1/2=250mm，可得梁的截面初步定为b×h=250*600。楼板取120mm，楼梯板及休息平台板为100mm,平台梁250×400。 2、框架柱的截面尺寸 梁截面尺寸（mm） 柱截面尺寸（mm）

结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。MIDAS/GEN可进行的结构动力学分析类型包括:瞬态动力学分析、模态分析、屈曲分析、动力非线性分析等。本文将以一个六层框架结构为例对结构进行模态分析和谱分析。 一．模态分析 模态分析是用于确定设计中的结构或机器部件的振动特性。它也是其他更详细动力学分析的起点，例如瞬态动力学分析和谱分析等，可以通过模态分析确定结构部件的频率响应和模态。一般对于动力加载条件下的结构设计而言，频率响应和模态是非常重要的参数，即使在谱分析及瞬态分析中也是需要的。 1.1动力学求解方法 MIDAS目前提供了三种特征值分析方法，它们是子空间法、分块Lanczos 算法、多重Ritz向量法。本文采用子空间法进行计算求解。子空间法使用迭代技术，求出结构的前r阶振型，它内部使用广义Jacobi迭代算法。由于该方法采用了完整的质量和刚度矩阵，因此精度很高，但计算速度较慢，特别适用于大型对称特征值求解问题。分块Lanczos法特征值求解器采用Lanczos算法，Lanczos算法是用一组向量来实现递归计算。这种方法和子空间法一样精确，但速度较快。多重Ritz向量法以变分原理为基础，直接迭加法求出的是和激发荷载向量直接相关的振型，其收敛具有严格的理论基础，在物理和、力学的微分方程中占有很重要的位置，得到广泛的应用。 1.2本工程模态分析结果 1.2.1自振周期与振型: 使用MIDAS/GEN中的模态分析计算结构的自振周期和振型。模态分析所使用的方法是子空间迭代法。高层建筑结构振型多，分布规律很难掌握，扭转振动会对结构产生教大影响，因此不能简单的取前几阶进行计算。规范中规定对于高层结构一般取3}5阶振型。为使高层建筑的分析精度有所改进，其组合的 振型个数适当增加。考虑到MIDAS/GEN软件的强大快速的数据处理能力和精度的要求，本文取30阶振型。从国内高层建筑结构设计经验来看，建议基本自振周期按以下的几个公式估计，其中N为地面以上建筑物结构层数。经验公式表达简单，使用方便，但比较粗糙，而且只有基本周期，但经常用于对理论计算值的计算与评价。 框架:T1=(0.08~0.1) N 框架一剪力墙:T1=(0.06~0.09) N 钢结构:T1=0.1N 本工程得经过MIDAS/GEN的计算得到固有周期、固有频率、振型参与质 量等的数值结果;X方向振型参与达到总质量的95.57%, Y方向振型参与达到 总质量的94.83%，经过整理取前十阶列表可得到表1

地基静载试验

地基静载试验 工程名称：玖玖大型商业综合体项目 委托单位：南昌工业控股集团有限公司 报告编号： 江铃汽车集团江西工程建设有限公司 二0一八年二月八日 一、概况 （一）工程概况 南昌工业控股集团有限公司拟在朝阳洲原玖玖电子总厂内，朝阳洲中路南侧，朝阳洲南路北侧，开发新建玖玖大型商业综合体工程。该项目由江西省建工集团有限公司设计，江西赣南地质工程院进行勘察。该项目基础设计为桩基础，桩基由江铃汽车集团江西工程建设有限公司施工。设计采用钢筋砼机械钻孔灌注桩，设计钻孔直径1500mm、设计钻孔深度50m、最大扭矩为18KN.m，有效桩长不小于18m,且入中风化泥质粉砂岩不小于3D。该场地分为两个区块，TB09地块为商业综合体，主楼18层，裙楼5层，结构形式为框剪结构，设一层地下室，地下室建筑面积约为7204.19m2，基础为桩基础，桩端持力层为中风化泥质砂砂岩。TB04地块为幼儿园及文化活动站，幼儿园3层，文化活动站6层，结构形式为框架结构，设一层地下室，地下室建筑面积约1951.85m2，基础为桩基础，桩持力层为中风化泥质粉砂岩，场地基坑面积约9920.7m2，周长约609m，基坑开挖深度约为5.25m—7.15m。 （二）检测目的与任务 根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）及时设计要求，检测目 的为： 通过地基静载试验，确定地基土承载力特征值。 检测中严格执行国家有关规范、规程，随时与业主和设计院进行沟通，保证检测工作的顺利进行。

（三）检测工作执行规程、规范 1、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002） 2、《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003） 3、《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002） 二、工程地质概况 原地貌单元属赣江I级阶地，原始地貌为赣江冲积阶地，场地地势整体平坦。 根据江西赣南地质工程院勘察报告，地质土层摘录如下： 1. 杂填土 场地内各钻孔均有分布。杂色，稍湿，松散，欠固结，不均匀，高压缩性，主要由粘性土、碎石，混凝土块等建筑垃圾组成,近期回填。层顶面埋深0.00m，层顶面标高19.09～20.77m，层厚0.6～3.4m，平均厚度2.28m。 2．粉质粘土 场地内各钻孔均有分布。灰褐色，软塑-可塑，中等压缩性，局部含铁锰质结核，无振摇反应，稍有光泽，干强度、韧性中等，局部夹薄层细砂。标贯实测击数区间值为4～7击、修正后击数3～6击，平均击数4.9击。层顶面埋深0.6～3.6m，层顶面标高16.06～19.59m，层厚2.0～6.6m，平均厚度3.95m。 3. 细砂 场地内各钻孔均有分布。黄白色，稍密，饱和，主要矿物成分为石英，碎云母片，级配差，局部夹薄层粘性土。层顶面埋深5.0～7.7m，层顶面标高11.79～14.87m，层厚0.8～6.0m。 4．粗砂 场地内除少部份钻孔缺失外均见及。浅黄、黄白色，稍密-中密，饱和，颗粒呈棱角型，主要矿物成分为石英，级配差。空间分布较稳定，厚度变化较大。标贯实测击数区间值为13～17击、修正后击数10～14击，平均击数12击。层顶面埋深7.0～12.0m，层顶面标高7.29～13.34m，平均标高10.5m，层厚0.50～7.00m，平均厚度3.85m。 5．砾砂 场地内除少部份钻孔缺失外均见及。浅黄色、褐黄色，中密，饱和，主要矿物成分为石英，颗粒呈棱型-次圆形，磨圆度一般，级配较差。标贯实测击数区间值为20～23