混凝土阻尼试验方法综述.pdf

第 3 9卷 第 4期 2 0 1 2年 4月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c h ni q ue De v e l o p me n t Vo 1 3 9。 No 4 Ap r 2 01 2 混凝 土 阻尼 试验 方法 综述 术 孙莹莹严佳佳万泽 青刘平 ( 扬 州大 学建工 学院 ， 江 苏 扬 州 2 2 5 1 2 7 ) 摘要 阻尼是材料 的重要动力特性之一 ， 混凝土以及混凝 土制 品是 当前使 用最广泛 的建筑 材料 。测量 阻尼 的方 法 多种多样 ， 并 没有 固定 的标 准。主要将 目前国内外测量阻尼的方法进行梳理 ， 并 指出存在 的问题和未来 的发 展方 向。 关键词 混凝土 ； 阻尼 ； 测试方法 中图分类号 】 T U 5 0 2 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) 0 4 - 0 0 7 3 0 3 地 震对 于 建 筑 物 的危 害 非 常严 重 ， 因而研 究 建 筑物 及其 材料 的动 力特 性就 显得 尤为 重要 。 阻尼是 材料 和结 构重 要 的动力 学特性 之 一 。阻尼 的分类 主 要分为两类 ， 即材料阻尼和结构阻尼。由于影响混 凝土阻尼值的因素众多 ， 如混凝土的强度、 混凝土构 件的配筋率 ， 混凝土结构间的连接方式等。而且对 于 阻尼 的测量 方法 现 在 并 没 有 一个 统 一 的标 准 ， 各 种试验方法和试验仪器的改变 ， 都会带来混凝土及 其制 品 阻尼值 的测 量结 果 的巨大 差异 。所 以 当前 对 于建 筑物 阻尼 的取 值就 是来 自于 大量 的试 验 以及 由 试验 数据 拟合 得 出的经 验公 式来 确定 。 1 阻尼 的表征 掺 量 1 1 比 阻 尼 能 力 当试件在受 到外在动力荷载之后 ， 由于阻尼存 在 ， 振 动一 周试 样 消耗 的能量 与最 大应 变能 不一样 ， 形成滞回环。比阻尼能力定义为 = 其 中 为阻尼 比， 为振动一周单位体积试样所 消耗 的能 量 ， 为最 大应 变所 对应 的 弹性位 能 。 1 2损 耗 因子 损耗因子 田定义为 ： 二 其 中 t o o 为为共振频率 ， ， ： 为 基金项 目： 江苏省 高校 自然科学基金项 目( 1 0 K J B 5 6 0 0 0 6 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 2一 O l一1 5 作者简介 ： 孙 莹莹 ( 1 9 8 8一) ， 江苏如 皋人 ， 毕业 于扬州 大学建筑科学 与工程学 院， 硕士研究生学历在读 。 对 应 于 m a l 的频率 ， 少 为振 幅( 如 图 1 ) 。 D I 0 ) 2 图 1共 振 曲线 1 3阻 尼 比 】 阻尼 比在 K V模 型 中定 义 为阻尼 系数 c和 临界 阻尼系数 C 的比值 r = CCc 2 r l to n 1 4 自由振 动 衰减率 有阻尼的 自由振动衰减是有规律的 ， 我们 常称 为对数 衰减 率 ， 表示 为 6= Z ( U U ) 2 阻尼的测 量 方法及 得 出的参 数 当前 阻 尼 的测 量 方法 均 是 以激 振 为 手段 ， 通 过 各种分析手段 以寻求各种阻尼参量 的值以及相关 值 。因此关 于 阻尼试 验方 法 的分 类可 以通 过不 同 的 激振方法来加以区分。当前国内外测量阻尼的激振 方法主要分为瞬态激振法 、 稳态激振法。 2 1 瞬 态激振 法 瞬态激振的施加方法可以通过敲击和给初始位 移实现。得 出衰减 率或者 阻尼 比。 由于有阻尼存 7 3 第 4期 孙莹莹 ， 等 ： 混凝 土阻尼试验方法综述 第 3 9卷 在 ， 振 幅将 随时间衰减 ， 最后趋 于消失。利用 传感 器 、 放大器、 动态信号分析仪等仪器， 测得试件受振 动后 自由衰减 时程 曲线 ， 同时测 量激励 ， 通 过分析 得 到相频曲线和幅频曲线 ， 求出试件系统的固有频率、 阻尼 比等特性 。 瞬态 激 振 的方 法 现 在 较 多 的用 于小 变 形 的情 况 。原 因是 混凝 土是 脆 性 材料 ， 达到 较 大 的应 变 是 很难实现的。且瞬态敲击方法的可靠性 目前只在小 变形 情况下 被认 可 。上 述 方 法也 称 为 敲 击法 ， 敲 击 法得出的阻尼参量一般为阻尼比， 其计算公式为 = n( ) A ， A 分别为衰减 曲线 中两个 波峰的值 ， 而 n为 A 。 和 A ， 之 间的振动 次数 。 目前 国内外学者使用敲击法 已经测出了混凝土 的材料 阻尼 。 以及 研 究 出钢筋 混 凝 土 构件 的阻 尼 。 并且通过这种方法得到混凝 土强度 ， 钢筋配筋等影 响因素 对于混 凝 土材料 及结构 的影 响趋势 。如石 建 军 等就通过激振法得出对于钢筋混凝土梁 ， 纵筋 配 筋率 对 固有 频 率影 响 很 小 ， 但对 阻尼 比影 响很 大 的结论 。张政、 盛美萍 等人通 过图 2的试验简 图， 测 出衰 减 曲线 ， 当振动 能量 的包 络 曲线下 降 6 0 d B时 所经 历的 时间 T 6 。 得 到损耗 因子 ： 图 2 瞬态激振法原理简图 2 2稳 态 激 振 法 稳态 激振 法就是 施加 给试件 一个 稳态 的正 弦荷 载 ， 由于 材料 的阻 尼特 性 使 得施 加 应 力 和应 变 之 间 存在一个相位差。一般用损耗正切 ( 损耗 因子 ) 来 表征。这种方法可 以测量结构 的阻尼特性 ， 欧进萍 等人 ， 就 自主研发 了一 套如 图 3所示 的装 置得 出 应力和应变曲线 ， 然后用傅里叶变化得出损耗 因子 从 而 了解 梁 的阻尼 特性 。此种方 法适 用 于较大 变形 情况下的阻尼 ， 容易实现 ， 测量数据较稳定。 关于稳态 激励法 也可 以参 照 金属 阻尼 的测试 方 法寻求改进， 如彭威 等就根据稳态的激力得 出金 属材料 的应力应变滞 回曲线得 出 钾和 ， 由 比阻尼 74 能力的定义 ， 基于粘弹性阻尼耗能的基本原理 ， 利用 正交函数的性质 ， 构造了一组实测应力响应函数和等 效应力响应函数的耗能方程， 由耗能等效原则得到了 损耗 因子 的计算 表达式 ， 通过采样 函数 可 以方 便计算 出损耗因子， 见图 4 。且混凝土的阻尼的测量原理与 之相同， 也可开发出类似的测量方法。 图 3 稳态激振法简图 图 4金 属 稳态 激 振 法 原理 3 阻尼测试方法存在 的问题 3 1 测试 方法的标准 问题 测试方法分类杂乱 ， 即使在 同一种测试手段之 内 ， 激振方法 、 激振力度 、 采集 仪器 、 采集 频率 、 扰 动过 滤等都没有一个统一。这些因素都有可能影响阻尼 的测量值 。当得 到测 量值 之后 亦也 不会 有 一个 理论 参考值且当前的理论公式、 曲线都是 由大量的试验数 据所拟合的， 并代表性。 3 2 阻尼表征参 量的定义 问题 已出现 的阻尼表 征参 量 的不统 一 ， 多而 杂 ， 阻 尼 比， 衰减率等。它们之间的换算关系也不明确。 4阻尼测 试方法的展望 建筑结构设计 中， 阻尼值一般取 0 0 5 试验表 明 此取值并不能代表建筑物在任何情况下的阻尼情况。 因此阻尼的测量应该有一个试验标准， 并且要寻求一 个 比较可靠的测量方法。在寻求混凝土及其制品的 第 3 9卷 孙莹莹 ， 等： 混凝土 阻尼试验 方法综述 第 4期 阻尼测试 方法 时可 以参考金 属阻尼 的测量 方法 ， 在此 基础上进行改进。在理论方面， 阻尼的表征参量也没 有 固定 的表示 ， 而 阻尼模 型也在 不断地 细 化发展 。阻 尼的测量仪器， 采集信号仪器都有待提高。结构的阻 尼测量费时费力单靠个人力量难 以完成， 在这方面应 多做研究 。 参考文献 1 万泽青 高阻尼混凝土的试验研 究及其 在结构耗 能减震 中的应用 D 扬 州 大学 硕 士论 文 2 林敦祥 ， 王敏中 材料阻尼的璧度及其实验测定方法 J ， 陕西机械 学院学报 ， 1 9 8 4， ( 0 6 ) ： 4 7 5 6 3 陈振富， 柯国军， 等 钢筋混凝土小变形阻尼研究 J 四川建筑科 学研究 ， 2 0 o 4 ， 3 0 ( 2 ) ： 1 01 2 4 五建军 ， 胡绍全 ， 等 钢筋混凝土材料阻尼值的实验研究 J ， 四川建 筑科学研究 ， 2 0 0 3 ， 0 9 ( 3 ) ： 1 41 5 5 张政 ， 盛美萍 结构阻尼传播衰减测试方法研究 D 6 欧进萍 ， 刘铁军， 梁超锋 复合纤维增强混凝土阻尼测试装置开发与 试验研究 J 实验力学 ， 2 0 0 6， 2 1 ( 4) ：4 0 3 4 0 9 7 彭 威 ， 白鸿柏 ， 等 金属橡胶材料阻尼测试 的一个新方法 J 实验 力学， 2 0 0 4， 1 9 ( 3 ) ： 3 4 2 3 4 6 ( 上接 第 6 5页 ) 矩 阵元素关 系为 口 ff ( t )=口 f ( 0 )+a lj t t= ( t l t 2 t ) 0 = ( 。 ( 1 ) 。 ( 2 )。 ( r ) ) c J= c c 社 c i r ) b ，= ( b 1 b b ) 式 中“ 撇号 ” 表示矩 阵 转置 ； i= 1 ， 2 ， ， m ； = 1 ， 2 ， ， n o 规 定 t= ( t 。 t t ) 为 定 义 在 概 率 空 间 ( -f 2 ， F ， P ) ( 力 为 样 本 空 间 、 F为 随 机 事 件 体 、 P为 概 率) 上的随机向量 ， 具有已知的联合概率分布； T为欧 几里得空间 ( an+m+nr ) 中的一个闭多面 体 ， 且概率 P( ， t ( ) T )=1。若把 t ( ) 作为样 本 ， 则 为样本空间； 表明可以在概率空间( T ， B ， P ) 上讨论 问题 。置 r 。 ( t )=mi n c ( t ) I A( t ) b ( t ) ， 0 ( 当 t 在 上变 化 时 r 0 ( t ) 随 t 变 化 ； 在 理 论 上 可 以证 明： 在一定条件下 r 0 ( t ) 为随机变量 ， 对于任意给定的 点 O ， 可能部分 t 使之可行、 而另一部分 t 使之不可 行 。因为 A ( t ) 、 b ( t ) 关 于 t 线性 ， 所 以集合 ( ) = t E T I A( t ) 6 ( t ) ， 、 ( t )= J 0 I A( t ) b ( t ) 均为凸多面体。利用 可以进一步研究最优 值 r 0 ( t ) 的分布函数。 2 结 语 随着市场经济的充分发展， 特别是中国建筑企业 不 断走 出国门 ， 参 与海外 建 筑 市 场 的竞 争 ； 由 于政 治 环境 、 经济环境 、 文化环境、 自然环境的不同， 因此存 在大量不确定性因素； 所有这一切都需要建筑企业创 新方 法 ， 不断 应用 各 种 科 学技 术 成果 于建 筑设 计 、 建 筑管理、 建筑施工、 建筑经营之 中。从 以上算例可知， 利用 随机线性 规 划进 行 建 筑施 工组 织 的关键 之 一 概 率值的确定， 而相关概率值 的确定需要经验积累、 进 行数理统计分析， 才能制定切实可行的建筑施工组织 方案。对于建筑科技工作者而言， 只有从各个细节人 手、 从不同角度研究建筑施工中的每个具体问题， 才 能优化建设结构 、 提高建设质量； 自觉而充分地运用 各种科学方法于建筑施工 中， 不断提高科学技术对建 筑行业 的贡献 率 ， 符合 科 学 发 展观 、 符 合绿 色 建 筑 的 施工理念 、 符合“ 低碳节能环保生态” 的国家战略。 参考 文献 P 卡尔 随机线性规划 ， 上海 ： 一 海科 学技术 出版社 。 1 9 8 8 筑技术开发 ( 月 刊) ( 0 1 0 ) 6 8 2 2 9 5 5 1 联 系 电话 ： ( 0 1 0 ) 8 8 2 2 3 7 6 6 z j s k f 1 2 3 1 2 6 c o m ； - +-_ + - -+-_ -+ 7 5