土木工程專業(yè)文獻(xiàn)翻譯

1、中文翻譯施工期鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性摘要：對(duì)隨時(shí)間變化的力學(xué)參數(shù)、混凝土澆筑、臨時(shí)模板支撐系統(tǒng)和施工機(jī)械對(duì)施工期混凝土框架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響進(jìn)行了試驗(yàn)分析研究。應(yīng)用環(huán)境激勵(lì)法對(duì)一棟8層混凝土框架的第6層和屋頂施工階段的動(dòng)力特性進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)獲得各施工階段的結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳遞函數(shù)，及其模態(tài)頻率、振型和阻尼比，分析了施工階段結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳遞函數(shù)，及其模態(tài)頻率、振型和阻尼比的變化。結(jié)果顯示，固有頻率和阻尼系數(shù)在澆筑新混凝土?xí)r達(dá)到最大值，尤其是對(duì)于高層建筑來說。施工階段模式阻尼系數(shù)比一般小于5%。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)；外界擾動(dòng)；施工期結(jié)構(gòu)；模態(tài)；固有頻率；阻尼系數(shù)比1.前言結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是建筑物自身固

2、有的特性，一般是指結(jié)構(gòu)的固有頻率(或者振動(dòng)周期)、振型及阻尼比。建筑物的地震反應(yīng)是由地面運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性決定的；此外，在脈動(dòng)風(fēng)荷載作用下建筑物的反應(yīng)也與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性相關(guān)。因此，在計(jì)算地震反應(yīng)和確定風(fēng)荷載時(shí)，結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性(自振頻率、振型及阻尼比)是十分重要而基本的參數(shù)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者工程結(jié)構(gòu)的抗震、抗風(fēng)或抵御其他動(dòng)力荷載的性能時(shí)，都必須要進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)，了解結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，確保在某種超越概率的動(dòng)力災(zāi)害作用下結(jié)構(gòu)的安全。1980年，MEYYAPPA等利用環(huán)境振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)估算了高層建筑的模參數(shù)。SCHUSTER等在1994年研究了32層建筑的動(dòng)力行為。MEMARI依據(jù)環(huán)境振

3、動(dòng)和簡(jiǎn)諧振動(dòng)分析熱壓處理的多孔鋼筋混凝土的動(dòng)力行為。2001年，ELLIS和BOUGARD對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑做了類似的研究。本文通過對(duì)某一層結(jié)構(gòu)處于施工過程中的混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性試驗(yàn)，研究其模板支撐系統(tǒng)搭建階段、鋼筋綁扎階段、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護(hù)階段和下層模板支撐系統(tǒng)拆除階段等一個(gè)施工周期中的各個(gè)階段的混凝土框架結(jié)構(gòu)自振頻率和響應(yīng)傳遞函數(shù)曲線的變化規(guī)律；試驗(yàn)研究屋頂?shù)幕炷翝仓A段和各層臨時(shí)模板支撐系統(tǒng)拆除等各個(gè)施工過程的混凝土框架結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的變化規(guī)律。2.結(jié)構(gòu)概況本研究中的結(jié)構(gòu)為某集體宿舍公寓樓中8層規(guī)則現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，平面規(guī)模為16.80 m×25.20 m，如

4、圖1所示。該建筑從地基算起高25.80m，從地平面算起高24.30m。第一層高3.3m，二至八層均為3.00m。該框架結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為：框架柱：1至4層為C40，5至8層為C35。標(biāo)準(zhǔn)層樓板厚度為110mm。底層柱截面為400x500mm，框架柱截面隨著層數(shù)的增加而依次遞減，頂層柱截面為300x400mm?；紫到y(tǒng)包含厚度為120mm的現(xiàn)澆混凝土并且其框架梁和樓板均為C30。底層框架施工周期為9天，其余層施工周期為7天?？蚣芙Y(jié)構(gòu)施工采用三層模板支撐，施工模板采用9層竹質(zhì)膠合板。施工程序包括：（1）配置支撐；（2）捆綁鋼筋；（3）澆筑混凝土；（4）混凝土固化；（5）移除低層的網(wǎng)格和支撐板，并

5、將其移到下一層。試驗(yàn)貫穿整六層施工全過程，分為八個(gè)階段。連通層及施工階段如表1所示。各個(gè)工況數(shù)據(jù)采集間隔時(shí)間約為24±3小時(shí)。每一試驗(yàn)階段的環(huán)境振動(dòng)數(shù)據(jù)被分別記錄下來以評(píng)估它的動(dòng)力特性。圖1. 標(biāo)準(zhǔn)層的結(jié)構(gòu)平面布置圖表1. 第1個(gè)試驗(yàn)階段的8個(gè)試驗(yàn)工況工況第3層樓面第4層樓面第5層樓面第6層樓面時(shí)間1拆模養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)計(jì)時(shí)起始2養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)搭建模板支撐系統(tǒng)1天3養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)搭建模板支撐系統(tǒng)2天4養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)鋼筋綁扎3天5養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)鋼筋綁扎4天6養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)混凝土澆筑5天7養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)6天8養(yǎng)護(hù)拆模養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)7天3. 環(huán)境振動(dòng)測(cè)試與分析環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)的目的是研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在施工期的動(dòng)力

6、特性。因此，這些測(cè)試是為了估計(jì)模態(tài)頻率，模態(tài)形狀和阻尼系數(shù)比用測(cè)試環(huán)境振動(dòng)的方法。拾振器布置于各樓層幾何中心，測(cè)量方向沿K軸。過去的經(jīng)驗(yàn)顯示，施工期和使用期的環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性是較準(zhǔn)確的，環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)是獲取結(jié)構(gòu)特性較可行的途徑。而且試驗(yàn)不需關(guān)閉建筑設(shè)備，正常運(yùn)行的情況下就可以完成試驗(yàn)。對(duì)環(huán)境刺激的響應(yīng)（微振、風(fēng)、交通）傾向于自然模態(tài)。因此，通過傅里葉變換很容易確定其主頻率。因?yàn)榄h(huán)境振動(dòng)大多數(shù)都振幅微小，所以需要高靈敏的儀器。本試驗(yàn)中，測(cè)試系統(tǒng)包括加速器、信號(hào)放大器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，每一樓層的環(huán)境振動(dòng)都被同步記錄并儲(chǔ)存。該系統(tǒng)的加速度分辨率為1×10-5 m/s2，通頻帶為l30H

7、z。所有通道的每一個(gè)記錄器以每秒256個(gè)樣品的速度記錄數(shù)據(jù)。理論上，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)，它的響應(yīng)將是最強(qiáng)的，接近共振頻率。在從響應(yīng)記錄獲取的傅里葉光譜曲線上共振出現(xiàn)在波峰處。此外，對(duì)于真實(shí)振動(dòng)模式的低阻尼結(jié)構(gòu)來說，這些波峰與結(jié)構(gòu)的固有頻率相符合。在分析環(huán)境振動(dòng)時(shí)，常應(yīng)用到以下兩個(gè)最重要的假設(shè)。（1）激勵(lì)有足夠的隨機(jī)帶寬，以便使至少三到四個(gè)結(jié)構(gòu)模式受到激勵(lì)。（2）共振模式有低阻尼，共振頻率很明顯，并容易區(qū)分。在以上假設(shè)條件下，最大振幅的頻率可以看作是建筑的共振頻率。由于記錄的信號(hào)數(shù)據(jù)包括對(duì)評(píng)估動(dòng)力特性毫無作用的直流分量，所以，將其按如下方法去除掉。式中， 為原始振動(dòng)信號(hào)序列；為消除直流分量的

8、信號(hào)序列，為信號(hào)均值。能獲取環(huán)境振動(dòng)是很方便的。然而，環(huán)境振動(dòng)的振幅太低，以至于記錄的數(shù)據(jù)受到噪音的干擾。所以，僅僅依靠傳統(tǒng)的光譜分析技術(shù)來分析環(huán)境振動(dòng)是很困難的。平均頻譜計(jì)算如下：首先，數(shù)據(jù)依時(shí)間序列分為幾個(gè)部分，相鄰部分有所重疊。將分為其中，為第l信號(hào)序列.k=l，K，K為信號(hào)序列段的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)；l=1，L，三為信號(hào)序列總分段數(shù)。為各信號(hào)序列段的重疊系數(shù)。其次，在使用短期傅里葉變換計(jì)算過程中，用海明窗口函數(shù)來減緩頻繁滲漏的影響：H( )表示海明窗口函數(shù)，k=0,1,N-1.最后，率帶寬法進(jìn)行模態(tài)阻尼比估計(jì)的算法如下式所示：或 式中，fn為共振峰峰值頻率；f1、f2分別為幅值為時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)，

9、A為共振峰幅值，f 為半功率帶寬。f 為半功率帶寬的準(zhǔn)確性直接影響阻尼比的估計(jì)精度。因?yàn)楣β首V線由離散數(shù)據(jù)構(gòu)成，而非連續(xù)譜線。為提高f 為半功率帶寬的準(zhǔn)確性，采用三次樣條插值估計(jì)幅值為時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)f1、f2。依據(jù)不同層的加速度反饋和快速傅里葉變換獲得的相位差，模型可以從地基環(huán)境振動(dòng)共振頻率層之間自振頻率比獲得。為了解決實(shí)際問題，應(yīng)用如下步驟：一、消除信號(hào)的直流部分；二、計(jì)算平均頻譜；三、依據(jù)平均頻譜，共振頻率被分為結(jié)構(gòu)的局部特性和工程邏輯及經(jīng)驗(yàn)的合并。四、估計(jì)模態(tài)阻尼比。五、估計(jì)模態(tài)。表2 信號(hào)處理參數(shù)參數(shù)取值信號(hào)序列持時(shí)1800s采樣頻率256Hz信號(hào)序列分析段的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)4096信號(hào)序列分

10、析段的重疊系數(shù) 1/24.施工期結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)分為8個(gè)階段。在各層和地基放置加速器時(shí)均進(jìn)行校準(zhǔn)。此試驗(yàn)的目的在于確定建筑工程對(duì)動(dòng)力特性的影響。對(duì)環(huán)境振動(dòng)進(jìn)行了傅里葉光譜分析，地基運(yùn)動(dòng)的自功率譜和各層與地基之間的交叉功率譜均進(jìn)行了計(jì)算。圖2顯示第一工段的結(jié)果圖。圖3是第六工段，圖4是第八工段，分別顯示出移除支柱的第三層，現(xiàn)澆混凝土的第六層和移除支柱的第四層的頻率范圍特征。第8工段的地基模態(tài)頻率，阻尼系數(shù)比以及模態(tài)振型分別顯示在圖5,6,7中。如圖2-7中所示，隨著時(shí)間的增加，結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬度增加。同時(shí)，傳送支柱和捆綁的螺紋鋼筋增加了局部質(zhì)量。以上增加速率影響著動(dòng)力特性：地基模態(tài)頻率從第一

11、工段到第二工段都增加，三到四工段減少，然而阻尼系數(shù)比從第一工段到第五工段都減少。圖2 第1試驗(yàn)階段第1工況圖3 第1試驗(yàn)階段第6工況圖4 第1試驗(yàn)階段第8工況圖5 第1階自振頻率變化圖圖6 第1階阻尼比變化圖圖7 不同施工階段的基底模態(tài)振型施工期現(xiàn)澆混凝土和操作建筑設(shè)備的振動(dòng)對(duì)動(dòng)力特性的影響是非常明顯的。在建筑階段，現(xiàn)澆混凝土在第六施工階段貢獻(xiàn)巨大，第六階段的固有頻率達(dá)到最小值，但阻尼系數(shù)達(dá)到最大值。自功率譜曲線如圖3所示： （1）由曲線振幅看出，現(xiàn)澆混凝土和操作建筑設(shè)備的影響對(duì)二三模式的影響比基底的影響大。（2）從第五層截面譜曲線看出，二三模式頻率比其他的低，這是因?yàn)槠渌Ｒ瞥斯舱耦l率。（3）功率譜曲線表明第一層的振幅小于其他層。如圖7中所示，第六階段的基底模態(tài)振型和其他階段的不同。圖6所示，很明顯，在施工階