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结构动力特性

[日期:2014-09-01]    [字体: ]

  振动系统由弹簧和质量构成,最简单的振动系统为单自由度体系,即只有单个的质量(刚体)。建筑或其他工程结构可以视为振动体系,例如水塔形如倒摆,是单自由度体系.房屋的承重立柱或承重墙体起到弹簧的作用,而楼板及其上的荷载为质量,单层房屋是单自由度体系,多层房屋则视为多自由度振动体系。将建筑和工程结构简化为振动体系,是旨在分析其在外力作用下的动力反应。

  单自由度振动体系具有自身固有的振动特性,最主要的动力特性参数是固有周期(或称自振周期),描述该体系做一次完整的往复运动(振动)所需要的时间,其倒数为固有频率(自振频率),表示单位时间内振动的次数。计算公式为:

  式中:k为刚度(体系单位位移所需的恢复力)。m为质量。可见自振频率特性取决于自身的性质。建筑的自振周期随建筑高度而增加,随重量增大而降低。实际的建筑和工程结构受到材料等的阻尼影响,振动后幅度逐步衰减,表述结构振动衰减特性的参数有临界阻尼或阻尼比。阻尼越大,振动衰减越快。

  对于多层房屋,是多自由度振动体系,此时体系有多个自振频率,频率的个数与质量块的个数系统,例如四层建筑有三个楼板和屋顶,可简化为4质点体系,只考虑平动,就是4个自由度。其中最小的一个称为基(本)频(率)。对应每个自振频率,各个质点(楼板和屋顶)的位移方向有不同的组合,每个组合描述这些质点振动的形态,称为振型。振型的个数与自振频率个数相同。

    分析建筑和工程结构的动力特性就是建立不同建筑和工程结构的多质点振动体系模型,用实验或模型计算方法,求解体系的自振频率,阻尼,和相应振型。求解和测量的方法过程,称为模态分析。

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