振型检测下的建筑结构论文

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1远程微动测量方法

1．1激光多普勒测速仪基本原理在结构振动检测领域，由于各种原因引起的振动可以用作确定结构的固有频率。在正常情况下，由于人或者自然的原因产生的非常小的震动称为微动，如，地震波、冲击波、潮汐波、工业振动、交通噪音等。因为不需要专门的震动源，如移动的车辆或者冲击敲击结构，所以对于观测结构特征微动测量是非常安全和有效的方法。使用微动测量的方法能够容易的获得结构的动力特征，如固有频率和振型。基于上述优点，如果能够使用远程测量微动技术将能极大提高测量工作的有效性和安全性。检测一些较高的结构，如高层建筑、桥塔、高架桥、高坝等，安装传感器需要危险高空的作业［3］。另一方面，对于地震后的结构的损伤检测，可能会面临余震造成的二次灾难。如果采用远程测量技术，就不免除了危险的位置或条件下安装和拆除传感器和电线。激光多普勒测速仪(LaserDopplerVelocimeter以下简称LDV，图1)可以准确远程测量结构微动，是一种可以取代的方法。LDV是一种光学测量装置，通过使用入射和反射的激光束之间的频率的差值，以检测运动目标的速度。反射光速和入射光束间的频率变化，见图2。

1．2LDV振动的干扰除去LDV观测到的数据是LDV自身与测量对象间的相对速度。因此，对于一个非常小的振动测量，LDV自身的振动将会有一个显著的影响测量记录。一些在户外进行的结构检测，由于地面运动或者风荷载等因素引起的LDV自身的振动不能被忽略，见图3。在地震后建筑结构的损伤检测的情况下LDV自身振动的影响尤其严重，因为由于震后的重建，使检测工作在一个高噪声坏境下进行的。再如，桥梁的加固检测也是在一个高交通噪声下进行的。因此，结构微动的高精确测量必须要去除LDV自身振动的影响。文献［4］提供一个去除LDV自身振动影响的方法，图4。在LDV上安装一个震动传感器记录LDV的运动速度，是LDV在t时刻时测量到的结构上的测点和LDV的相对速度。通过对进行傅立叶变化即可得到测点频谱，通过频谱可以得到结构的固有频率。例如混凝土建筑结构，沿建筑的高层分别测量转化成频谱，可以得到固有频率对应的幅值，通过对这些测点幅值的归一化处理就可以得到振型。

1．3LDV与PIV比较随着计算机技术与图像处理技术的快速发展，产生了PIV(ParticleImageVelocimetry)粒子成像测速技术。PIV技术的最大贡献是突破了LDV激光多普勒测速仪等空间单点测量技术的局限性，既具备了单点测量技术的精度和分辨率，又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像，可在同一时刻记录下整个流场的有关信息，并且可分别给出平均速度、脉动速度及应变率等，同时它还是一种非接触式的测量方法。

2模拟实验

为验证方法的可靠性，实验室内浇筑一个高为0．65m的低强度直角梯形混凝土块，通过应变片测量得到的固有频率基本符合于LDV测量得到的固有频率为53Hz。为了测量振型沿高层布置5个测点，通过有限元分析得到振型和测的振型的比较结构见图5，表现出了有较好的一致性。

3总结

建筑结构固有频率和振型是抗震检测最常用的特征。振型越高，阻尼作用造成的衰减越快，所以高振型只在振动初始才比较明显，以后逐渐衰减，因此，建筑抗振设计中仅考虑较低的几个振型。第一振型很容易出现，高频率振型需要输入更多能量，能量输入供应次序优先给低频率振型，建筑结构抗震分析只取前几个振型就能满足要求。电阻传感器在结构抗震检测中，尤其对高耸结构的检测显示出局限性，包括:①误差的处理难度;②高空安装的危险性;③需要给定荷载。激光多普勒测速仪精确测量结构微动的方法，克服了其他方法的缺点，有效去除掉LDV自身振动的干扰，可以进一步提高检测精度。通过对绝对速度进行傅立叶变化即可得到测点频谱，通过频谱可以得到结构的固有频率。对固有频率对应的幅值进行归一化处理就可以得到振型。室内试验和有限元模拟取得了较为一致的结果，证明了该方法的有效性。文章还比较了LDV与PIV的不同点及相同点。

作者：陆路王鹏雍洪宝单位：淮阴工学院建筑工程学院淮安市建筑工程检测中心有限公司