模擬施工影響的鋼框架動力性能實驗研究

李愛鵬　聶志華

摘 要：針對建筑施工中所受擾動的影響，建立結構模型，并通過儀器使模型產生共振來模擬施工過程中所產生的擾動，得到模型在振動時的一些反應，從中總結出一些結論，希望為設計提供一些參考。

關鍵詞：施工擾動 共振 結構模型

中圖分類號：TU39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0060-03

建筑施工過程中所產生擾動會不同程度上影響到建筑物的安全，根據不同的施工情況和施工特點，有些施工擾動甚至可能引起建筑結構共振而加大結構破壞的概率。目前，設計理論中針對施工所產生的影響，均以施工活荷載乘上荷載分項系數與荷載組合系數來代替，這并不能準確反映建筑在施工時所受到的影響。鋼結構強度高，延性好，但工作中受動載作用時可能發生疲勞破壞，一旦發生共振，在動載下有發生疲勞破壞的潛在危險。有鑒于此，我們在實驗室中采用建筑力學實驗模型模擬了鋼框架結構在施工擾動下受迫共振時的動力反應，并從中得出了一些結論。

1 實驗原理

圖1所示為模擬鋼框架共振的實驗系統，該系統由建筑力學教學實驗儀、建筑力學教學實驗臺、激振器和傳感器組成。其中，實驗儀主要用于數據的測量與采集分析，實驗臺提供實驗所用的三層框架模型和激勵測量裝置，非接觸式激振器（圖2）通電后產生一定頻率的自振，能夠通過調整自振頻率而使框架模型產生簡諧振動，傳感器（圖3）便可測量框架模型的靜態或動態應變。該系統可以進行結構動力實驗，并對模型動力反應進行記錄分析，所得結果誤差小，可以很好的滿足需要。

研究表明，建筑結構在施工時所受影響主要表現為部分區域受較大的集中活荷載（靜載）以及建筑結構整體受施工活動時產生的振動作用（動載），當振動頻率接近建筑自身頻率時，建筑受迫產生共振，此時建筑所受影響最大。目前的設計理論不論對何種影響，均按靜載情況考慮，將活荷載乘以一個增大系數值來代表施工時總的影響，這一方法不能很好地反映施工時有可能受到的振動，特別是有可能產生的共振。鋼結構強度較大，延性較好，受迫振動時產生彈塑性變形吸收能量，當外部振動頻率與結構自身頻率接近，便會產生共振，加大發生疲勞破壞的概率，受施工擾動影響更應引起重視。

2 實驗結果

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

3 結語

對不同頻率不同質量的鋼框架模型施加激振力，使模型產生了簡諧共振，所得振型曲線多為大致較規則的正弦曲線。通過實驗結果可以看到，隨著實驗臺的鋼框架模型質量與自振頻率不同，所得到的動力反應曲線也各不相同，但當外加激振力頻率接近模型自振頻率時均會引起模型的共振，且質量越大，激振頻率與自振頻率越接近，共振反應也越明顯，這也說明了鋼框架結構在施工擾動下均可能發生簡諧共振，結合鋼結構疲勞理論可知，當振動持續時長達到一定程度時，有可能誘發鋼框架的疲勞破壞，使結構處于危險狀態。因此，建議在今后的設計理論中應具體考慮施工中擾動可能引起結構的共振影響。

參考文獻

[1] 申彤，閆維明，周大興，等.超高層建筑施工塔吊的動力特性和地震影響規律[J].科學技術與工程，2017（27）：255-262.

[2] 陳銘，李耀榮.某鍋爐鋼框架晃動問題的分析及解決方案[J].鋼結構，2014（4）：42-43.

[3] 冷建成，鄒龍慶，崔曉華，等.框架結構頂層振動測試與分析[J].振動、測試與診斷，2005（2）：140-142.