李愛鵬　聶志華

摘 要：針對建筑施工中所受擾動(dòng)的影響，建立結(jié)構(gòu)模型，并通過儀器使模型產(chǎn)生共振來模擬施工過程中所產(chǎn)生的擾動(dòng)，得到模型在振動(dòng)時(shí)的一些反應(yīng)，從中總結(jié)出一些結(jié)論，希望為設(shè)計(jì)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：施工擾動(dòng) 共振 結(jié)構(gòu)模型

中圖分類號(hào)：TU39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（c）-0060-03

建筑施工過程中所產(chǎn)生擾動(dòng)會(huì)不同程度上影響到建筑物的安全，根據(jù)不同的施工情況和施工特點(diǎn)，有些施工擾動(dòng)甚至可能引起建筑結(jié)構(gòu)共振而加大結(jié)構(gòu)破壞的概率。目前，設(shè)計(jì)理論中針對施工所產(chǎn)生的影響，均以施工活荷載乘上荷載分項(xiàng)系數(shù)與荷載組合系數(shù)來代替，這并不能準(zhǔn)確反映建筑在施工時(shí)所受到的影響。鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，延性好，但工作中受動(dòng)載作用時(shí)可能發(fā)生疲勞破壞，一旦發(fā)生共振，在動(dòng)載下有發(fā)生疲勞破壞的潛在危險(xiǎn)。有鑒于此，我們在實(shí)驗(yàn)室中采用建筑力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M了鋼框架結(jié)構(gòu)在施工擾動(dòng)下受迫共振時(shí)的動(dòng)力反應(yīng)，并從中得出了一些結(jié)論。

1 實(shí)驗(yàn)原理

圖1所示為模擬鋼框架共振的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由建筑力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀、建筑力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、激振器和傳感器組成。其中，實(shí)驗(yàn)儀主要用于數(shù)據(jù)的測量與采集分析，實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供實(shí)驗(yàn)所用的三層框架模型和激勵(lì)測量裝置，非接觸式激振器（圖2）通電后產(chǎn)生一定頻率的自振，能夠通過調(diào)整自振頻率而使框架模型產(chǎn)生簡諧振動(dòng)，傳感器（圖3）便可測量框架模型的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)應(yīng)變。該系統(tǒng)可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，并對模型動(dòng)力反應(yīng)進(jìn)行記錄分析，所得結(jié)果誤差小，可以很好的滿足需要。

研究表明，建筑結(jié)構(gòu)在施工時(shí)所受影響主要表現(xiàn)為部分區(qū)域受較大的集中活荷載（靜載）以及建筑結(jié)構(gòu)整體受施工活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)作用（動(dòng)載），當(dāng)振動(dòng)頻率接近建筑自身頻率時(shí)，建筑受迫產(chǎn)生共振，此時(shí)建筑所受影響最大。目前的設(shè)計(jì)理論不論對何種影響，均按靜載情況考慮，將活荷載乘以一個(gè)增大系數(shù)值來代表施工時(shí)總的影響，這一方法不能很好地反映施工時(shí)有可能受到的振動(dòng)，特別是有可能產(chǎn)生的共振。鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大，延性較好，受迫振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生彈塑性變形吸收能量，當(dāng)外部振動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)自身頻率接近，便會(huì)產(chǎn)生共振，加大發(fā)生疲勞破壞的概率，受施工擾動(dòng)影響更應(yīng)引起重視。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了得到更全面的鋼框架在模擬施工擾動(dòng)下的共振，作者分別針對不同質(zhì)量不同自振頻率的鋼框架模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，所得振型曲線如圖4所示。

3 結(jié)語

對不同頻率不同質(zhì)量的鋼框架模型施加激振力，使模型產(chǎn)生了簡諧共振，所得振型曲線多為大致較規(guī)則的正弦曲線。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，隨著實(shí)驗(yàn)臺(tái)的鋼框架模型質(zhì)量與自振頻率不同，所得到的動(dòng)力反應(yīng)曲線也各不相同，但當(dāng)外加激振力頻率接近模型自振頻率時(shí)均會(huì)引起模型的共振，且質(zhì)量越大，激振頻率與自振頻率越接近，共振反應(yīng)也越明顯，這也說明了鋼框架結(jié)構(gòu)在施工擾動(dòng)下均可能發(fā)生簡諧共振，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)疲勞理論可知，當(dāng)振動(dòng)持續(xù)時(shí)長達(dá)到一定程度時(shí)，有可能誘發(fā)鋼框架的疲勞破壞，使結(jié)構(gòu)處于危險(xiǎn)狀態(tài)。因此，建議在今后的設(shè)計(jì)理論中應(yīng)具體考慮施工中擾動(dòng)可能引起結(jié)構(gòu)的共振影響。

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