窯尾結構的實測分析

王建群，申昌俊，魏文暉，李 苑，陳 軍

（1.天津水泥工業設計研究院有限公司，天津 300400；2.武漢理工大學道路橋梁與結構工程湖北省重點實驗室，武漢 430070）

水泥廠窯尾結構是一種平面尺寸小，總高、層高大，而且荷載大的工業特種結構，通常采用底層混凝土、上層鋼結構的形式。在抗震設計計算時，阻尼比等參數不易確定，這給該類結構的研究與設計帶來了很大的困難。為了確定窯尾結構的阻尼比等參數，從而為有限元程序分析提供荷載依據以及對其分析結果進行校核和修正，對大連天瑞水泥有限公司一號線、二號線、三號線的底層采用混凝土、上層采用鋼結構的窯尾工程分別進行了測試，采集了控制點的加速度時程，并對其進行了頻譜分析等相關動力分析，得到了該類結構的阻尼比等參數，為同類結構設計提供了依據。

1 試驗模態測試技術

測試采用的動態信號測試系統為TMR－7200智能信號采集處理分析儀。

該系統的主要特點有：

1）利用設備自帶的模塊和顯示屏進行數據記錄和觀測，滿足了對便攜式設備和采樣速度的各種要求，方便應用于室內和野外測試；測試中TMR－7200系統配合使用的傳感器是借助高靈敏度的ARF－20A 加速度計和SB－120DD－1R小橋盒的，該儀器可用于結構在正常工作狀態下和脈動時的測量，滿足本次測試窯尾結構自振特性的要求。

此次測試共使用5 臺水平向和3 臺鉛垂向的ARF－20A 加速度計，分別用于測試結構水平向和鉛垂向的加速度信號。采用東方噪聲動態信號分析軟件中的頻譜分析模塊得到結構水平方向（包括橫向、縱向）的阻尼比和自振頻率。

在檢測中，采取對控制點的加速度時程分別采樣的方案，即8個通道同時對結構的脈動進行測試，利用TMR－7200智能信號采集處理分析儀對測點的數據進行采樣，然后采用數據采集和處理系統對采樣的數據進行分析研究。試驗模態分析流程圖如圖1所示。

2 工程概況和測點的布置

由于篇幅有限，僅取大連天瑞水泥有限公司二號線燒成窯尾結構的相關測點布置以及相應的測試和分析結果作詳細介紹。該結構的立面如圖2所示，窯尾結構共7層，總高91.71m。其底層為鋼筋混凝土結構，其上6層為鋼框架－支撐結構體系。其中，框架柱為鋼管混凝土柱，梁為H 型鋼梁，支撐則采用空心鋼管。

在窯尾結構的第7層布置了5個測點，第6層均布置了2個測點。在測試過程中，采集了窯尾結構在相應各控制點上的縱向、橫向、豎向3個方向的加速度。測點布置如圖3所示。

圖4為現場測點布置照片。

3 窯尾結構測試數據整理分析

3.1 窯尾結構加速度反應

各測點提取數據以E點為例。工作狀態下，截取0～30s時間歷程，E點水平兩個方向的加速度時程如圖5所示。

3.2 窯尾結構的頻譜分析

將加速度時程進行自譜分析，再FFT／FT 頻譜細化分析，經過計算，得到細化分析的結果如圖6所示。

3.3 測試總結

按照以上步驟可同樣得到大連二號線7層各點的相關測試數據和頻譜分析結果，并取各項指標平均值，結果如表1所示。

表1 窯尾結構主要動力參數

4 結論

通過現場采集窯尾結構各控制點的加速度時程，并進行頻譜分析等相關動力分析，全面地了解了窯尾結構自振頻率和阻尼比等動力特性的變化規律。

從以上測試結果可以看出：窯尾結構水平橫向和水平縱向第一頻率約為0.385Hz和0.412Hz，與有限元分析結果基本一致，第一頻率的平均阻尼比為3.15%，從本次測試的結果來看，建議在窯尾結構設計時其阻尼比可按混合結構的阻尼比3.15%考慮。

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