模拟施工影响的钢框架动力性能实验研究

李爱鹏　聂志华

摘 要：针对建筑施工中所受扰动的影响，建立结构模型，并通过仪器使模型产生共振来模拟施工过程中所产生的扰动，得到模型在振动时的一些反应，从中总结出一些结论，希望为设计提供一些参考。

关键词：施工扰动 共振 结构模型

中图分类号：TU39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（c）-0060-03

建筑施工过程中所产生扰动会不同程度上影响到建筑物的安全，根据不同的施工情况和施工特点，有些施工扰动甚至可能引起建筑结构共振而加大结构破坏的概率。目前，设计理论中针对施工所产生的影响，均以施工活荷载乘上荷载分项系数与荷载组合系数来代替，这并不能准确反映建筑在施工时所受到的影响。钢结构强度高，延性好，但工作中受动载作用时可能发生疲劳破坏，一旦发生共振，在动载下有发生疲劳破坏的潜在危险。有鉴于此，我们在实验室中采用建筑力学实验模型模拟了钢框架结构在施工扰动下受迫共振时的动力反应，并从中得出了一些结论。

1 实验原理

图1所示为模拟钢框架共振的实验系统，该系统由建筑力学教学实验仪、建筑力学教学实验台、激振器和传感器组成。其中，实验仪主要用于数据的测量与采集分析，实验台提供实验所用的三层框架模型和激励测量装置，非接触式激振器（图2）通电后产生一定频率的自振，能够通过调整自振频率而使框架模型产生简谐振动，传感器（图3）便可测量框架模型的静态或动态应变。该系统可以进行结构动力实验，并对模型动力反应进行记录分析，所得结果误差小，可以很好的满足需要。

研究表明，建筑结构在施工时所受影响主要表现为部分区域受较大的集中活荷载（静载）以及建筑结构整体受施工活动时产生的振动作用（动载），当振动频率接近建筑自身频率时，建筑受迫产生共振，此时建筑所受影响最大。目前的设计理论不论对何种影响，均按静载情况考虑，将活荷载乘以一个增大系数值来代表施工时总的影响，这一方法不能很好地反映施工时有可能受到的振动，特别是有可能产生的共振。钢结构强度较大，延性较好，受迫振动时产生弹塑性变形吸收能量，当外部振动频率与结构自身频率接近，便会产生共振，加大发生疲劳破坏的概率，受施工扰动影响更应引起重视。

2 实验结果

为了得到更全面的钢框架在模拟施工扰动下的共振，作者分别针对不同质量不同自振频率的钢框架模型进行了实验，所得振型曲线如图4所示。

3 结语

对不同频率不同质量的钢框架模型施加激振力，使模型产生了简谐共振，所得振型曲线多为大致较规则的正弦曲线。通过实验结果可以看到，随着实验台的钢框架模型质量与自振频率不同，所得到的动力反应曲线也各不相同，但当外加激振力频率接近模型自振频率时均会引起模型的共振，且质量越大，激振频率与自振频率越接近，共振反应也越明显，这也说明了钢框架结构在施工扰动下均可能发生简谐共振，结合钢结构疲劳理论可知，当振动持续时长达到一定程度时，有可能诱发钢框架的疲劳破坏，使结构处于危险状态。因此，建议在今后的设计理论中应具体考虑施工中扰动可能引起结构的共振影响。

参考文献

[1] 申彤，闫维明，周大兴，等.超高层建筑施工塔吊的动力特性和地震影响规律[J].科学技术与工程，2017（27）：255-262.

[2] 陈铭，李耀荣.某锅炉钢框架晃动问题的分析及解决方案[J].钢结构，2014（4）：42-43.

[3] 冷建成，鄒龙庆，崔晓华，等.框架结构顶层振动测试与分析[J].振动、测试与诊断，2005（2）：140-142.