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1、附件C：译文 钢筋混凝土框架结构在施工期间的动力行为 摘要：本文研究了在施工期间，浇筑结构构件、装配临时支撑结构体系对混凝土的弹性模量时变的影响，以及施工设备操作时的动力行为对钢筋混凝土框架结构的冲击。通过环境振动，对一个八层高的钢筋混凝土框架结构在第六层施工周期整个阶段进行了动力试验。通过功率谱处理在频域中的测试数据信号，从而确定结构的自振频率以及相对应的振型和阻尼比。得到了在不同的施工阶段变化的自振频率、振型和阻尼比。结果表明，在新浇筑混凝土阶段自振频率和振型阻尼比达到最大，尤其对高阶振型来说。在每个施工阶段的振型阻尼比低于使用阶段的5%。关键词：结构动力学、环境振动、施工中的结构、振型、
2、自振频率、阻尼比1概述钢筋混凝土框架结构的动力行为对分析结构在风荷载或地震作用下的振动是非常重要的。由于混凝土和施工组织的时间相关性特征以及临时支撑结构体系的作用，钢筋混凝土结构在施工期间是随时间变化的结构体系，而且他们的动力行为不同于在使用阶段。MEYYAPPA等人 1 在1908年通过使用环境振动反应数据估计了一幢高层建筑在施工期间的振型参数。SCHUSTER等人 2 在1994年基于环境振动研究了一幢32层的高层建筑的在施工期间的动力行为。MEMARI等人 3 在1999年为了分析蒸压加气混凝土砌块填充墙的动力行为，基于环境振动和强迫简谐振动测试了一幢钢结构建筑在施工期间的动力行为。EL
3、LIS和BOUGARD在2001年对木结构建筑开展了类似的工作 3 。本次研究中，通过环境振动的测试数据研究了钢筋混凝土框架结构在各施工阶段的动力行为，如自振频率、相对应的振型和阻尼比，并且和在使用期间进行比较。2结构描述本次研究中的结构是一幢8层钢筋混凝土（RC）框架结构的宿舍楼，它在平面和竖向布置均匀，而且是目前具有代表性的建筑类型。它的平面尺寸是1 6.80 m25.20 m，如图1所示。它的结构高度从基础算起是25.80m，或者从地平算起是24.30m。首层层高是3.30m，而从第二层到第八层是3.30m。从第一层到第四层柱的混凝土等级为C40，而第五层到第八层为C35。钢筋混凝土柱在
4、首层的截面面积为400mm500mm，并且随着层数的增加而减小，到第八层时减小为300mm400mm。楼盖或屋盖系统由120mm厚的现浇钢筋混凝土板组成，而且所有梁和板的混凝土强度等级为C30。图1 钢筋混凝土结构平面图（mm）结构的施工组织是首层施工需要9天，而其他各层为7天。使用了由木撑和竹制胶合板组成的三层支撑结构体系。呈现了在相同施工周期的基本流程，包含以下操作过程：1）安装一层支撑；2）绑扎钢筋；3）现浇混凝土；4）养护混凝土构件；5）在最低的连接水平，拆除模板和支撑，将模板和支撑移到下一层。在整个第六层的施工周期阶段进行了动力测试，而该周期又被分成了8个阶段。层间连接以及时间进度安
5、排如表1所示。测试的间隔时间是（243）h。为了估计动力行为，分别记录了每个测试阶段的环境振动反应数据。表1 8个测试阶段的操作程序测试阶段第三层第四层第五层第六层时间/天1拆模养护养护开始时间2养护养护养护移模13养护养护养护支模24养护养护养护扎筋35养护养护养护扎筋46养护养护养护浇筑57养护养护养护养护68养护拆模养护养护73环境振动试验和分析环境振动试验的目的在于研究钢筋混凝土框架结构在施工期间的动力行为。因此，进行该试验的目的在于通过测量环境振动来估计频率、振型和阻尼比。放置一个加速度计在K轴每层的中点，以测量随着没有直接确定的R轴的加速度。由于过去结构动力学的经验，施工期间 1-
6、4 和使用期间 5-8 的环境振动实验方法都是正确的，所以这种试验方法已经成为了获得结构特征的一个切实可行的方法。此外，因为测试安装不需要停止施工作业，所以在进行测试时能够进行正常的施工作业。一个结构对外界激发（微震、风、运输）的响应基本上倾向于在固有振型的边缘振动。因此，通过傅里叶变换很容易确定主导频率。由于环境振动通常在非常低的振幅产生，所以一个高灵敏的测试仪器是非常必要的。在此次试验中，测试系统由加速度器、信号放大器、数据采集器组成，而每层的环境振动就是通过这个系统同步获得和记录的。这个系统加速度的分辨率为，同时带宽为1-30Hz。每个记录器以256个样本每秒的速度从所有信道同步采集数据
7、。理想地，当一个结构通过环境振动受到激发时，接近共振频率的反应将会是最强烈的。共振看起来像从反应记录获得的傅里叶波谱曲线上的波峰 9 。此外，对于低阻尼结构在实际的振动模式下，这些波峰相当于结构带阻尼的自振频率。在环境振动的分析中，使用了以下两个基本假设。1） 为了至少引起结构3到4个最低的振型，假设激发是足够宽的随机频带。2） 假设共振模式是低阻尼的，同时共振频率是明显且很好分离的。在这些假设下，波谱上振幅最大时的频率作为结构的共振频率。包括直流电在内的信号数据记录对估计动力行为是没有用的 10 。因此，要除去直流电部分的信号，如下所示： （1）这里为原始的环境振动信号；为去除直流电部分的信
8、号；为原始信号的统计均值。最好还是获取结构的环境振动。然而，环境振动分析的振幅很低，以致于采集的数据被无用的噪音所干扰 11 。由此，仅仅通过常规的波谱分析技术是难于分析环境振动的。首先，数据根据时间序列被分成一些区段，而且相邻区段是相互重叠的。信号划分如下： （2） （3）这里为第个信号区段，；是每个信号区段的样本数量，；是信号区段的数量；是重叠系数。其次，在计算中通过使用短时傅里叶变换，用如下的Hamming窗函数来减少频率缺失的影响： （4）这里为Hamming窗函数，。最后，计算平均谱来最低限度地减小乱真的振荡并且最大限度地增加不随时间变化的振荡。从谱峰估算阻尼比，而它相当于用半功率带
9、宽法确定的模态频率 9 ： （5） 这里为共振频率；和为一半峰值振幅所对应的频率。为了克服离散化的频谱数据计算的困难和提高阻尼比的精确度，这里采用三次样条插值来估算和的近似值。 基于在各楼层的加速度反应以及通过快速傅立叶变换获得的相位差，振型能通过基础和楼层用环境振动发生共振时的交叉功率谱振幅与基础振动时的半功率谱振幅的比值获得 13 。为了克服现实问题，采用了以下步骤：第一步：除去直流电部分的信号；第二步：计算平均谱；第三步：根据平均谱，通过比较结构局部特征和结合工程的逻辑与经验来确定振型（共振）频率；第四步：估计模态阻尼比；第五步：估计振型；在本次试验中，信号处理参数如表2所示。表2 信号
10、处理参数参数数值测试持续时间/min30采样频率/Hz256信号序列片段的数据点数量4096重叠系数1/24结构在施工期间的动力行为在八个阶段进行环境振动测试。在每个阶段通过放置加速度计在每层和基础的某一确定位置来校准加速度计。此次试验的主要目的在于确定施工作业对建筑物动力行为的影响。对环境振动进行傅里叶谱分析，并且在八个施工阶段计算基础运动的半功率谱和在基础运动与各楼层振动之间的交叉功率谱。第一施工阶段的结果如图2所示，第六施工阶段如图3所示，第八施工阶段如图8所示，这些图分别揭示了关于在第三层上拆除支撑，在第六层上新浇筑混凝土构件并且拆除第四层上的支撑的频域特征。在第八施工阶段的主振频率、
11、阻尼比以及振型分别如图5、图6、图7所示。图2 第一阶段的功率谱图3 第六阶段的功率谱图4 第八阶段的功率谱图5 在不同施工阶段的主振频率图6 在不同施工阶段的基本阻尼比图7 在不同施工阶段的主振型如图2到图7所示，随着养护时间的增加，结构的刚度也随之增加。与此同时，转移支撑和绑扎钢筋都会会增加结构的局部质量。以上原因比重的增加影响了结构的动力行为：主振频率从第一施工阶段到第二施工阶段增加，又从第三施工阶段到第四施工阶段减小，此外，阻尼比从第一施工阶段到第五施工阶段减小。参考文献lMEYYAPPA M，PALSSON H，CRAIG J IModal parameter estimation
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