现场试验测试范文

现场试验测试范文（精选8篇）

现场试验测试 第1篇

高速铁路是我国铁路建设的主要发展方向,因此发展轨道路基动力响应试验技术具有重要理论意义和实用价值。为此,开发出一套轨道路基动力响应液压激振试验系统,通过现场模拟试验,研究路基在长期载荷下的稳定性。

为给试验设备提供稳定的支撑力,同时便于安装和移动,选择液压挖掘机作为支撑装置,为液压激振设备提供支撑反力。对挖掘机各液压缸闭锁力及后倾条件所决定的支撑力进行分析,并通过多目标遗传算法进行优化计算,为制定路基动力响应现场试验规范提供参考。

1轨道路基动力响应测试系统简介

轨道路基动力响应测试系统的核心是伺服激振液压缸[1]。其结构如图1所示,通过特殊的设计,激振液压缸在一个缸体内同时具有静压腔和动压腔,能相对独立地输出静压力和动压力,分别模拟路基上部结构的静载荷与列车运行过程中的动载荷。两者的合力能通过激振盘施加在所需测试的路基土上部。经过一定时间的激振试验,通过预埋在路基土中的土压力盒及加速度传感器,可以分析出此处路基在长期动静载荷下的稳定性情况。根据设计要求,激振液压缸输出的最大静压力为200 kN,最大动压力为±100 kN。

2挖掘机支撑装置支撑力分析

挖掘机支撑装置原理如图2所示,拆下挖掘机斗杆前端的铲斗后,通过过渡架将激振液压缸连接在挖掘机上。当挖掘机的动臂、斗杆调整到某一工位时,锁死动臂、斗杆、铲斗等处的液压缸,即可为激振装置提供支撑。图中A～K点代表各部件连接铰点,L、M点分别代表履带的前后接地点。

挖掘机的稳定性与支撑力有关,支撑力越大,挖掘机越稳定,反之,则可能失稳;同时,挖掘机的支撑力由液压缸伸出长度所决定,伸出长度不同,挖掘机各部分结构对激振液压缸的力臂不同,支撑力也会不同。因此为使挖掘机有最大的支撑稳定性,保证激振液压缸的正常工作,有必要对挖掘机的支撑力进行分析。

影响挖掘机支撑力的因素主要有[2]:各液压缸的最大闭锁力、后倾条件(即不使挖掘机后仰)、风力等。为简化计算,只考虑前两项主要因素,且在计算分析过程中作以下假设:设备在平地上工作,挖臂在挖掘机前部;各组件重心在部件两端铰点的中心处;激振液压缸向上作用力与重力共线;动臂、斗杆、铲斗液压缸的闭锁压力为最大;机械部件结构未被破坏;忽略机械机构和液压系统的效率;忽略液压缸背压的影响等。

2.1各运动机构的运动学分析

2.1.1 动臂机构的分析

如图3所示,对于动臂摆角θ1,有θ1=α3-α1-α2,其中 对于具体挖掘机,α1及α2可直接测得;在△ABC中,有$\alpha {}_3=\arccos \left(\frac{\overline{AB}{}^2+\overline{BC}{}^2-L{}_1{}^2}{2\overline{AB}\overline{BC}}\right)$,式中L1为动臂液压缸的长度。工作时,动臂液压缸受拉,最大闭锁力[3,4]。

式(1)中,Fi代表液压缸的输出力,Di代表活塞直径,di代表活塞杆直径,Ps为系统闭锁压力,ni代表液压缸的数量,下标1、2、3分别代表动臂、斗杆、铲斗,下同。

对于动臂液压缸闭锁力对B点的力臂e1,有

$e{}_1=\overline{BC}\sin \beta {}_1(2)$

式(2)中,$\beta {}_1=\arccos \left(\frac{\overline{BC}{}^2+L{}_1{}^2-\overline{AB}{}^2}{2\overline{BC}L{}_1}\right)$。

2.1.2 斗杆机构的分析

如图4所示,对于动臂与斗杆的夹角θ2,有θ2=2π-α4-α5-α6,其中在△DEF中,有$\alpha {}_4=\arccos \left(\frac{\overline{EF}{}^2+\overline{DF}{}^2-L{}_2{}^2}{2\overline{EF}\overline{DF}}\right)$,其中L2为斗杆液压缸的长度;对于具体挖掘机,α5及α6可直接测得。工作时,斗杆液压缸最大闭锁力

受拉时:

受压时:对于斗杆液压缸闭锁力对F点的力臂e2,有

式(4)中,$\beta {}_2=\arccos \left(\frac{L{}_2{}^2+\overline{DF}{}^2-\overline{EF}{}^2}{2L{}_2\overline{DF}}\right)$。

2.1.3 连杆机构与激振液压缸的分析

如图5所示,斗杆与水平面之间的夹角θ3,有θ3=π-θ1-θ2,对于已设计好的激振液压缸及过渡架,α7为已知,并且有

$J{}_y=B{}_y+\overline{BF}\sin \theta {}_1-\overline{FJ}\sin \theta {}_3。$

式中,By、Jy分别为B、J点到地面的垂直距离,对于确定的挖掘机,可以实际测得。工作时,铲斗液压缸受压,最大闭锁力

对于铲斗液压缸闭锁力对J点的力臂e3,有

式(6),中$\beta {}_3=\arccos \left(\frac{L{}_3{}^2+\overline{G{\rm I}}{}^2-\overline{{\rm H}{\rm I}}{}^2}{2L{}_3\cdot \overline{G{\rm I}}}\right)$

2.2支撑机构动力学分析

分别对B、F、J点求力矩,由理论力学分析可知,力臂、斗杆、铲斗液压缸闭锁力所决定的支撑力

$\begin{array}{l}{\rm T}{}_1=\frac{G{}_{2}l{}_{GB2}+G{}_{3}l{}_{GB3}+G{}_{4}l{}_{GB4}+F{}_{1}e{}_1}{r{}_1}(7)\\ {\rm T}{}_2=\frac{G{}_{3}l{}_{GF3}+G{}_{4}l{}_{GF4}+F{}_{2}e{}_2}{r{}_2}(8)\\ {\rm T}{}_3=\frac{G{}_{4}l{}_{GJ4}+F{}_{3}e{}_3}{r{}_3}(9)\end{array}$

由挖掘机后倾条件所决定的支撑力

${\rm T}{}_4=\frac{G{}_{1}l{}_{G{\rm M}1}+G{}_{2}l{}_{G{\rm M}2}+G{}_{3}l{}_{G{\rm M}3}+G{}_{4}l{}_{G{\rm M}4}}{r{}_4}(10)$

式(10)中,G1、G2、G3、G4分别为挖掘机机身(包括底盘、驾驶室、配重、燃油、液压油等)、动臂组件(包括动臂、动臂液压缸、斗杆液压缸等)、斗杆组件(包括斗杆、铲斗液压缸、摇杆、推杆等)及激振装置的重量。

lGBi、lGFi、lGJi、lGMi为各组件重力对B、F、J、M点的力臂,如图2所示,可由之前的假设及分析算出,由于篇幅原因,不再赘述。r1、r2、r3、r4分别为激振液压缸作用力T分别对B、F、J、M点的力臂,易知:r1=lGB4,r2=lGF4,r3=lGJ4,r4=lGM4。Fi、ei可由式(1)～式(6)求出。

3挖掘机支撑力优化分析

通过上述分析可知,挖掘机的支撑力为各液压缸长度的函数。因此优化的目标函数有4个:T1～T4,变量有3个:L1～L3,是典型的多目标、多约束优化问题[5,6]。

3.1关于多目标优化

一般多目标优化问题可以描述如下

式(11)中,fi(x)为待优化目标函数,x为优化变量,lb和ub分别为变量x的下限和上限;Aeqx=beq为变量x的线性等式约束;Axb为变量x的线性不等式约束[7]。

与单目标优化算法不同,在多目标优化算法中,各个目标函数往往是相互矛盾、相互制约的,大部分情况下都无法使每个目标函数都达到最优,因此多目标优化的解是个相互妥协的解,也称为Pareto解。目前多目标优化算法有很多,其中带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)是应用最为广泛的一种。采用Matlab软件中基于NSGA-II的多目标优化函数gamultiobj进行优化计算的。

3.2目标函数及约束条件

优化分析是使式(7)～式(10)中所承受的反作用力最大,即求max{T1,T2,T3,T4},根据式(11),需要对目标函数进行转换,将每一项求相反数作为优化的目标函数,即min{-T1,-T2,-T3,-T4},变量为液压缸的长度,即x=[L1,L2,L3]。根据相关资料可以查出液压缸长度的最短、最长值,作为约束lb、ub。

3.3优化计算实例

以某品牌80 t级别挖掘机为例。参考相关图纸和手册,并进行测量,将具体数值代入以上各式,编制出目标函数、约束条件等程序,分别保存为m文件。调用Matlab软件中基于遗传算法的的多目标优化函数gamultiobj,选项均为默认值,对程序进行优化计算。根据工作要求,支撑力至少要达到300 kN,据此节选部分最优结果如表1所示。

4结论

(1)简单介绍了轨道路基动力响应测试装置,说明了其基本原理和工况,并选用液压挖掘机作为其工作时的支撑设备。运用解析法和理论力学方法,建立了挖掘机各液压缸长度和后倾条件所决定的对激振液压缸的支撑力的数学模型。

(2)基于多目标、多约束的遗传优化算法,对挖掘机动臂、斗杆、铲斗液压缸的伸出长度进行优化计算,寻找出使挖掘机满足测试系统要求的液压缸伸出长度。

(3)从优化结果可以知道,总体来说,挖掘机是稳定的。其中,挖掘机的斗杆和铲斗液压缸闭锁力所决定的最大支撑力是系统要求值的10倍～25倍,说明斗杆和铲斗液压缸闭锁力所提供的支撑力有较大裕度,激振装置对这两处液压缸的影响不大;但由动臂液压缸闭锁力和后倾条件所决定的最大支撑力只是略大于系统要求值,说明激振装置可能会对动臂液压缸产生较大冲击,甚至可能将挖掘机“顶起来”。在现场试验时,可通过对动臂液压缸加固及适当增加激振缸配重等方法,尽量减小激振装置对挖掘机的影响,同时应注意对这两处进行监测。

参考文献

[1]曾良才,陈昶龙,陈新元,等.轨道路基动力响应测试液压激振系统设计.液压与气动,2012;(4):9—10

[2]李良.液压挖掘机反铲装置结构设计分析及动力学仿真.西安:西安建筑科技大学,2010

[3]蒋炎坤,刘刚强,李宗,等,基于遗传算法的挖掘机工作装置铰点位置优化.华中科技大学学报(自然科学版),2011;(03):22—25

[4]孔德文,赵克利,徐宁生.液压挖掘机.北京:化学工业出版社,2006:11—17

[5]侯良学,张钰,王兴,等.基于Isight平台的多目标翼型优化设计.科学技术与工程,2011;18(18):4278—4281

[6]杨宏志,李超,许金良,等.基于多目标进化算法的公路路线优化模型.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2010;34(3):496—500

初中毕业升学体育测试“现场攻略” 第2篇

从本周开始，备受关注的本市各区县初中毕业升学体育考试拉开大幕。中考体育测试分必测项目和选测项目两类，其中必测项目2个，学生另需选测2个项目，合计10分。近日，周刊记者走访了部分体测考点，就可能出现的突发情况、误区及注意事项，请专家为考生答疑解惑。

误区一：准备活动全抛脑后

记者在考试现场看到，准备参加800米、1000米的`考生聚作一堆、围成一团，忙着交流彼此的“紧张感”。几乎没有学生想到该转手腕、脚腕、做弓步压腿或拉拉韧带，多数学生早将准备活动抛到了“九霄云外”。更有不少同学视准备活动为考试的“绊脚石”，“老师建议我们可慢跑热身，可这一跑就消耗了体力，跑800米岂不更累?”

【专家提醒】准备活动成绩挂钩

向明初级中学体育老师王凤翔建议说，准备活动为的是热身，只有当身体“暖和”了，才易从“静止状态”进入“运动状态”。

“一般跑800米、1000米之前，需做手腕脚腕的关节运动、弓步压腿以及慢跑1至2圈。”王老师说，此类运动绝不会消耗学生体力，影响学生考试发挥。反而会使学生以理想的身体状态，赢在起跑线上。”

误区二：跑完立即坐下

在考试时，记者不时发现，多数学生一冲过终点，便立马瘫坐在地上，任凭裁判、老师“生拉硬扯”，依旧“稳如泰山”，嘴里还嘟囔着：“走不动了，就让我坐着吧。”另外，一些考生跑完后，便拿起矿泉水，一口接一口地猛灌，“喉咙很干，不舒服，要立即补水。”更有一些考生出现了流鼻血、胃痉挛、血压升高等不适症状。

【专家提醒】跑后慢走逐步调整

“激烈运动过后不易立刻坐下或躺下，应慢走10分钟左右，有助减轻心脏负荷。倘若学生自觉实在无法站起，可平躺于地，弯曲膝关节或将双腿抬至高于头部，使腿部的血液回流’至心脏，减缓心脏压力’。若出现胃痛、胃痉挛等现象，考生更不可立马坐下。应该坚持慢走，使身体逐步调整，疼痛自可减轻。”王老师建议。

静教院附校体育教师王广转表示，长跑后出现口干、有血腥味等现象，都属正常，考生切忌大口喝水，可饮少量水，含至口中，漱漱口即可。运动后，应做好放松活动，以尽快恢复体力和肌肉的力量。其方法是对身体各部分进行放松性的抖动、拍打，双人合作互相按摩等。

误区三：投篮不中陷入怪圈

篮球项目测试中，要求学生在两步上篮未投中的情况下，必须而且仅有一次补投机会。然而补投却给学生造成了更大的心里压力，反而陷入了“一投”不进，“二投”必不进的怪圈。

【专家提醒】尽量做到“一击命中”

“考前理清思路，运球快一点，上篮慢一点，打板进篮可增加命中率。”王广转老师说，若出现“一投”不中的情况，学生应首先调整好自己的心里状态，尽量保持冷静，将球运至篮下再投，离篮框越近，越易命中。

现场测试计量装置误差的步骤 第3篇

(1) 三相四线现场校验仪体积大, 设备重, 接线烦琐, 测试时间较长, 测试电流受钳形电流表量程最大电流值限制, 而且需要专人监护安全。所以需要找一个相对平坦、光线较好、便于测试的地方, 接好检测仪器的自身接线, 检查接线是否准确完好。

(2) 在专人监护下, 首先接入u, v, w三个钳形电流表, 然后接电压的中性线, 再按照对应的相序接入三相电压线。接线必须牢靠, 防止意外碰触带电点, 尽量停电操作, 接线完毕后, 再送电。

(3) 合上测量设备电源开关, 确保测试仪器电源屏幕显示正常, 根据六角图, 确保表计电流的极性正确, 电压与电流同相。

(4) 输入相关测试表计资料、表计常数及倍率等参数, 开始检测表计误差。可以重复多次测试, 记录每次测试结果, 取三次测试的平均值作为表计检测结果。

第一种结果, 表计误差基本合格, 在综合误差 (表计准确等级、互感器误差等级) 范围内, 可以停止测试。

第二种结果, 表计误差较小, 因为环境温度、湿度及测量的手动按钮都存在一定误差, 必要时可以多进行几次测试, 将结果比对, 在允许小于10%的范围内, 都可以基本认定测试合格。

第三种结果, 表计误差较大, 如果三相负荷平衡 (看电流值) , 表计误差值超过30%以上, 可能存在一相计量问题, 误差在60%以上, 可能存在两相计量问题。

电流互感器现场测试技术分析 第4篇

关键词：电流互感器,继电保护,电能计量,误差检测

0 引言

现场电流互感器误差及其二次回路负荷的检验由于受各地电力系统管理模式的影响、现场检验设备和检验手段的制约及对现行国家标准、规程、规范等文件的理解问题,在实际应用中,采用的检验方法和检验手段各不相同,其检验结果的可靠性和准确性存在不同程度的问题。因此,科学地规范其检验方法、检验手段、操作程序是必要的。

1 测试用设备技术要求

1.1 标准电流互感器

标准电流互感器的检定等级要求高于被检互感器两级,而且标准互感器的实际误差不得大于被检互感器误差限的1/5,同时,作为标准用的互感器在变差以及量值稳定性方面,比一般测量用的互感器有额外和更高的要求。一般来说,电流、电压上升与下降时,标准互感器的误差变化应小于其误差限值的1/5,在一个检定周期内,误差的变化小于标准器误差限值的1/3。此外,用于现场的标准互感器还应具有抗磁场干扰的能力。

1.2 互感器校验仪

目前国内各省市使用的互感器校验仪大多为2级,同时规定,互感器校验仪引起的测量误差,应小于被检电流互感器误差限值的1/10。其中,由于装置灵敏度造成的测量误差小于1/20;由于最小刻度值引起的测量误差小于1/15;测量回路二次负荷对被检电流互感器误差造成的影响小于1/20。此外,用于现场使用的校验仪应同样具有抗电磁干扰的能力。

1.3 标准负荷装置

目前,国内使用最广泛的标准负荷输出设备是电流负荷箱。电流负荷箱一般使用阻抗值作为其标度。使用时,根据被测目标的二次电流计算其实际负荷。在检定规程有明确要求,电流负荷箱的检定等级应达到3级,因此在测量时必须充分考虑开关接触电阻和引线电阻的影响,例如,为了达到减小开关接触电阻的目的,应使用重压力开关或旋塞式开关;因为二次引线电阻通常会同二次负荷一并计算,故必须使用专门引线。检定时使用电流负荷箱,根据其不同的额定电流值,应具备相应的阻抗值,例如,额定电流为5A的电流负荷箱应具有0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6、2Ω等阻抗值,额定电流1A的电流负荷箱应具有5、7.5、10、15、30Ω等阻抗值。

1.4 试验电源

试验电源是指在检定工作现场,可以持续稳定地提供检定工作所需要一次电流的装置。试验电源应具备电压调节功能,并可以方便地调节到测量所需的电流电压额定值的档位上。试验电源内部的升流器和升压器必须具有相当的电流与电压输出容量,且波形失真比不大于1%。我们知道,升流器的输出电压与被测的电流互感器额定安匝数有密切关系。额定安匝数愈大,回路阻抗愈大。无论何种情况,整套测量系统都应有可靠接地,接地时应使用专门的接地桩和接地线,并且要求接地电阻应小于5Ω。电压调节装置应具备足够的调节区分度,因此,一般要求调节功能包括粗调和细调两档,其中细调的电压范围应为粗调电压范围的±5%。

1.5 专用连接导线

二次定值导线通常在0.05~0.06Ω。大电流母线的结构构成为多股软铜线外包绝缘编织,接线耳或接线板焊接在线头部分,材质大多为黄铜或紫铜材料,并预留与互感器一次接线端子相配合的圆孔。为了进一步减小接线电阻造成的测量误差,接线耳或接线板必须要牢牢紧固在互感器的接线端子上。当两个金属平面互相接触时,会产生许多接触点,这些接触点会带来额外的接触电阻,而接触电阻的大小取决于压力、材料的硬度及电阻率。为了避免接触电阻造成接触点过热,从而发生氧化甚至熔焊事故,测量时要求接触压降小于0.1V。大电流母线的电流密度一般为3~5A/mm2,平均压降约50~80MV/m。因此,升流器产生的压降主要来自互感器一次线圈阻抗与一次回路的感抗。

1.6 必要的监视用仪表

主要有电压表、电流表、频率表等各类电工仪表,这些指示仪表一般已集成到了现场校验箱上。

2 计量用电流互感器现场检验

2.1 测试原理

在进行互感器检定(测试)时,一般采用比较法:用一台标准互感器与被测试互感器进行误差比较,互感器校验仪可以准确地测出被试互感器相比于标准互感器的比差和角差,一般要求标准互感器的准确度比被测互感器高2级,如果标准互感器的准确度只比被测互感器高1级,则出具误差结果时必须考虑标准互感器自身的误差。

检定时,应尽量避免或者杜绝用与被测互感器同级的标准互感器,因为同级检定额测量误差非常大,足可以影响到被测互感器的测量结果,势必影响检定工作的准确性。接线如下图所示。

2.2 测试项目

测试前准备:

1)戴安全帽、穿工作服、绝缘鞋、戴手套,检查工器具是否完备。

2)正确、认真地填写现场工作第一种工作票;

3)工作前必须作好安全工作技术措施;

环境条件判断:

1)观察温、湿度计数值,并准确记录,要注意测量时环境温度应为10~35℃,相对温度小于80%,否则应计量避免测量一面发生事故或影响测量精度;

2)温、湿度满足测量工作要求,方可以进行现场检定工作。

2.2.3 设备放电

测量前应进行放电,放电时应使用放电棒,并与接地线连接牢固,放电方法正确,即放电棒逐渐接近一次接线端子,最后实现接触放电。

2.2.4 直观检查

1)没有铭牌或铭牌中缺少必要的标记;

2) 接线端钮缺少、损坏或无标记;穿心式电流互感器没有极性标记;

3) 多变比电流互感器在铭牌或面板上未标有不同电流比的接线方式;

4) 严重影响检定工作进行的其他缺陷。

2.2.5 绕组的极性检查

1)应使用电流互感器校验仪进行绕组的极性检查。目前大多数校验仪都具有极性指示器,而且标准器的极性已知,按规定的标记接好线并通电,如发现校验仪的极性指示器动作,同时排除电流比接错的因素,则可确认被测互感器与标准电流互感器的极性相反。

2)如果使用的互感器校验仪不具有极性指示器,则允许用其他方法进行极性测试,例如通过直流法直接检查绕组的极性,正确极性应为减极性。

3)使用校验仪进行极性检查时,一次电流上升限制在额定值的5%以内;测得极性正确后必须将一次电流归零;极性测试后应马上报告;极性检查完毕后,必须切断电源,并按照上文所述的方法对设备进行放电;最后再进行下一步退磁工作。

2.2.6 退磁

最佳的退磁方法,是按厂家在标牌上标注的或技术文件、说明书中所规定的退磁方法进行。如果厂家未做相关规定,则可根据实际情况,在下面介绍的方法中选择合适的一种进行退磁。

1)开路退磁法。在一次(或二次)绕组中选择其匝数较少绕组,接通10%的额定一次(或二次)电流,在其他绕组开路的前提下,平稳、缓慢地将电流降至零值。退磁过程中,应时刻监视接于匝数最多绕组两端的电压表,若指示值超过2600V,则应选择更小的电流值进行退磁。

(2)闭路退磁法。在二次绕组上接入相当于额定负荷10~20倍的电阻,在一次绕组加上工频电流,首先将电流从零打到1.2倍额定电流,然后再平稳、缓慢地地降至零值。对具有两个或两个以上二次绕组的电流互感器进行退磁时,若多个二次绕组使用同一个的铁心连接,则对其中一个二次绕组进行退磁时,其余的二次绕组应开路。

3)在试验过程中需要退磁的,一般选择闭路退磁法。如需要改变接线时,应将其他绕组开路,由于负载箱最大负荷不能满足该要求,通常将负载箱打至最大负荷,并在试验记录上单独记录该情况。

4)退磁后,必须再次切断电源,并将设备放电,开路的二次绕组应该短路。

2.2.7 计量绕组在实负荷下的误差测试

1)先将一次电流升至额定电流值的1%~5%,如未发现异常,将电流升至最大电流测量点,再降到接近零值准备正式测量。如有异常,应排除故障后再进行测量。

2)在额定负荷及1/4额定负荷或虚拟实际负荷下分别测试,误差测试点按额定一次电流的1%(S级),5%,20%,100%,120%测试下进行。若有特殊要求可增加测试点。

3 测试技术分析

3.1 一次回路的连接

1)应尽量减小一次连线的长度。必要时,应采取措施将标准互感器和升流器置于被试电流互感器最小距离范围内。当工作人员在距离地面3m以上作业时,应严格遵守电力行业标准DL409-1991《电业安全工作规程》关于高空作业的要求。同时,应与周围带电的高压设备保持安全距离。

2)接电流一次线时,应首先检查被接导体是否存在氧化或污垢等现象,如果被接导体氧化或存在污垢,应用砂纸或其他工具清洁后再连接。

3)采用线夹和端子板连接电流一次线时,应尽量保持较大的接触面,严禁点接触。

4)接线完成后,应断开一次回路的一侧接地刀开关或开关(断路器),并检查一次回路,确认没有其他旁路。

5)独立式电流互感器一次接线端在两侧,注意一次连接方式(多电流比时)。

6)开关(断路器)套管式电流互感器一次接线端位于开关(断路器)两侧套管上,接线时注意检查开关(断路器)合、分状态,试验时开关(断路器)位置必须处于“合”状态。

7)封闭式组合开关设备的电流互感器一般安装在断路器两侧,各有接地刀开关。可把一端刀开关的接地线拆除,作为一次电流极性端子,把该处接地点作为另一个电流端子。注意一次电流必须通过断路器形成闭合回路,因此试验时断路器要处于闭合状态。

3.2 二次回路的连接

1)电流互感器二次尽量在接线盒上接线,当电流互感器接线盒无法打开时,再在电流互感器端子箱接线,此时要考虑二次电缆对互感器检验仪的影响。

2)接电流互感器二次线时,除计量二次绕组外,其余二次绕组应可靠短路。

3.3 工作电源接线

1)测试仪器工作电源应尽量避免与升流器电源使用相同相,以免电压变化过大干扰校验仪正常工作。

2)试验设备接试验电源时,应通过开关控制,并有监视仪表和保护装置等。

3.4 大电流互感器测试

根据现场勘测结果选择合适电流比的标准电流互感器及配套升流等设备,若现场被测电流互感器变比较大(2000/5A,2000/1A以上),且其回路较长,由于现场条件的限制、被试品、标准器和升流器组成的一次接线环路,导线周长有12~15m左右,相当于试验室联接环路的3~4倍,使环路产生的漏电抗量随导线环绕的面积按比例增加,由升流器发生的电源能量,大部分消耗在无功功率上。因此,选择合适容量的调压器、升流器和一次导线或适当的并联补偿电容。

4 结束语

浅析公路水泥搅拌桩现场测试 第5篇

1. 水泥搅拌桩现场静载试验及设计

1.1 工程概况

工程现场因为桥头地基承载力及沉降量不能满足设计要求, 采用了水泥搅拌桩地基加固形式, 目的是降低沉降量并提高地基承载力。在桥头填方路段的布设, 原则上是设在桥头搭板近 (离) 桥台 (背) 2m的位置。对于特殊的高填方桥头路堤, 自桥头起30m的位置再增设一点。软弱地基原则上是设于段落具代表性中间位置。沉降点的横向埋设位置, 原则上是设在中央分隔带内, 并留出电缆的位置。

实验工作量为:4组单桩复合地基、一根单桩及一处地基土试验点的静载试验。该点总桩数为2838根, 桩体参数为:桩径500mm;有效桩长7~10.5m;三角形布置, 孔距1.5m, 20m过渡段采用桩长渐变设计, 沿路线方向每后退一排桩, 桩长递减0.2m.。水泥掺入量为55kg/m, 桩顶部位设法加水, 以保证在上部较干土层中成桩。该处理后的地基面积置换率为10%, 折合单桩承担的处理面积为2.0m2。

1.2 静力载荷试验方法简介

对单桩、天然土地基即复合地基承载力的实验, 采用慢速维持荷载法, 以地锚做反力;以1000、2000kN的千斤顶分级加载, 用量程为25、40、60MPa的油压表量测荷载值;每套设备以量程为30mm的四只百分表测变形值。本次静力荷载试验中, 因未给出各个单桩、单桩复合地基所要求的承载力设计值, 所以实验过程采用分级加载至极限值, 分8~15级不等。本次试验所用的2.0m2的承载板为方形;其他的承载板为圆形。对于复合地基其载荷板的面积为1根桩所承担处理的面积, 即2.0m2, 对于单桩静载试验其压板面积为桩的横截面积即0.196m2;对于天然地基土静载荷试验所选的载荷板面积为1.0m2。

1.3 复合地基承载力基本值的确定

(1) 当Q-S曲线上有明显的比例极限时, 可取该比例极限所对应的荷载; (2) 当极限荷载能确定, 而其值又小于对应比例极限荷载的1.5倍时, 可以取极限荷载的一半。 (3) 按相对变形确定:对搅拌桩复合地基可取s/b或s/d=0.004-0.010所对应的荷载。 (4) 单桩容许承载力在P-S曲线上取S/D=0.01, 即沉降S=5mm处所处的荷载。得出复合地基容许承载力在P-S曲线上取S/D=0.015, 即沉降S=7.5mm处所处的荷载。

1.4 单桩复合地基

加荷等级可分为8~12级, 总加载量不宜小于设计要求的两倍。每加一级荷载Q, 在加载前后应各读记沉降S一次, 以后每半小时读记一次。当一小时内沉降量小于0.1mm时可加下一级荷载。中止试验的条件:

(1) 沉降急剧增大、土被挤出或压板周围出现明显的裂缝; (2) 累积的沉降量已大于压板宽度或直径的10%; (3) 总加载量已为设计要求值的2倍以上。

2. 地基承载力计算

2.1 复合地基承载力计算

置换率m的计算公式

式中:

N为总桩数, 2838根;

A为搅拌桩单桩截面积, A=0.252×πm2;F为加固区面积, F=3018m2;

复合地基承载力

式中:

[Rp]为单桩承载力, 239kN;

[Rs]为桩间土承载力, 150kPa;计算得m=18.5%, Rsp=166.47kPa。

本断面设计路基填土高度4.5m, 填土期沉降量预留0.5m, 则总荷载约为5m填土, 折合98kPa, 此值小于Rsp=166.47kPa, 可见路基填前处理后能大大满足填土荷载的要求。

2.2 复合地基桩、土应力验算

一般桩土应力比为2~4, 这里取3.5。则应力集中系数

桩体承担的压应力:σp=up×σ0 (5)

桩间土承担的压应力:σs=us×σ0 (6)

式中, σ0为地面所承受的填土荷载应力 (kPa) , 计算得:up=2.39, us=0.443, σp=234.22kPa<[Rp]=239kN, σs=43.41kPa<[RS]=150kPa, 均能满足承载力要求。

3. 总沉降量计算

总沉降量:S=S1+S2式中, S1为被加固土体的局部沉降;S2为被加固土体以下未加固土的沉降;

计算过程如下

式中:

B为假想深埋整体桩基础面积的宽度, cm;

p为作用于假想深埋整体基础底面处的平均附加应力, N/cm2;

ψs为经验修正系数;软粘土取1.0或1.1;δ为计算地基土沉降量的沉降系数;

Est为作用在地基某一点处的压应力在自重应力变化到总应力时的压缩模量;

i为自桩尖平面往下算的土层计算分层的序数。

得出S1=10.65, S2=48.9, S=69.33, Ms=1.2。

用分层总和法计算该断面在天然状态下填同样高的土, 同样计算深度, 其主固结沉降为69.58cm, 取沉降正系数Ms=1.3, 则总沉降量为90.45cm, 其中地表下10.5m范围内沉降量为53.56cm, 下部土体沉降量为36.89cm。由此可见在打设10.5m水泥搅拌桩后, 总沉降量大幅度减小。

4. 现场测试成果及分析

4.1 沉降的观测

沉降的观测分为路基填筑、路面铺筑、及竣工后行车使用3个观测阶段。观测的频率, 以能反映出沉降变化的过程, 又不遗漏沉降规律性的观测时刻。路基填筑期间, 原则上为每填厚1m观测一次, 或每10~15天观测一次。路面铺筑期间, 按底基层、下基层、上基层、面层4个层次, 每完成一个层次, 观测一次。若遇到其他原因或跨年度施工, 时间间隔过长时, 应按每一个月的间隔观测一次。

ΔP1=19.6kPa, 约填土1.0m高;ΔP2=19.6kPa约填土1.0m高;ΔP3=19.6kPa, 约填土1.0m高ΔP4=19.6kPa, 约填土1.0m高;ΔP5=9.80kPa, 约填土0.5m高;施工是分层加载、分层碾压, 每层虚土厚约30cm, 压实后为25cm左右, 填土重度为19.6kN/m3。

4.2 最终沉降量

采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的试验方法实测沉降资料, 按指数曲线配合法推算的最终沉降量S∞=79.6cm, 比计算的最终沉降量69.33cm略大, 两者相差12.9%。可见理论计算方法是可行的。

4.3 沉降过程与速率

通过沉降过程与加载速率分析, 在填土高度小于2.0m时, 沉降量较小, 当荷载大于Pc时, 实测沉降量增大, 过程线出现明显转折, 说明此时桩尖以下土体出现塑性区, 土体沉降加快。

图2示出了桩体内及桩尖以下不同深度土体沉降随时间的变化。

由左至右P=1.0m, P=2.0m, P=3.0m, P=4.0m, P=4.5m, P=4.5m, P=4.5m, P=4.5m填土时的沉降线。到2009年, 34#桩体范围内土体压缩量为6.5cm, 占总沉降量的8.7%, 其余91.3%的沉降量发生在桩尖以下;23#桩体范围内沉降量为2.3cm, 占总沉降量的5.7%。在桩体范围内的沉降在荷载较小时就大部分完成。

5. 结束语。

综上所述, 通过对公路软土处理后, 物理力学指标明显提高, 抵抗侧向变形能力提高, 特别是处理过的土体的压缩量大幅度减小。桩体范围内的沉降在荷载较小的时候大部分就完成了。整个加荷过程包括预压期、加荷速率、沉降速度都比较均匀, 未超过控制标准, 说明低级经过搅拌处理后能适应较快的加荷速率。

摘要：公路水泥搅拌桩复合地基法主要用于淤泥、淤泥质土、粉土等软弱地基加固。是一种常用的地基处理方法, 因其最大限度地利用了原土且施工时无振动、无污染、可在密集建筑群中进行施工, 与钢筋混凝土相比可明显地降低造价。本文对水泥搅拌桩复合地基的试验进行了分析。

关键词：水泥搅拌桩,地基处理,承载力计算

参考文献

[1]马时冬.水泥搅拌桩复合地基桩土应力比测试研究[J].土木工程学报, 2002.02.

试析现场测试中的安全问题 第6篇

安全生产是涉及职工生命安全的大事, 也关系到企业的生存发展和稳定。随着油田开发的深入, 注水井分注层数的逐年增加, 其分层测试的难度也逐年增大, 测试工作量明显提高, 测试中存在的各种安全隐患也随之提高, 所以做好安全生产工作来不得半点疏忽和麻痹。

一、现场测试工艺技术及风险识别

1. 桥式偏心分层注水测试

桥式偏心分层注水测试工艺是油田运用较为普遍的一种工艺, 其特点在于主要采用的设备有不可洗井封隔管柱和射流洗并器。桥式偏心分层注水工艺的流程为通过出液孔的结构形式及尺寸, 偏心工作筒主体以及堵塞器的改进, 确保满足高效测压、分层注水等因素的要求。研究表明, 注水井分层测试技术效果的提高, 对油田的进一步开发与发展有着不容小觑的作用, 对石油工业有着长远的利益与贡献, 但在实际工艺操作过程中却存在着许多安全隐患。

2. 测试现场危害因素的识别及应对

(1) 由于测试绝大部分属于带压作业, 所以现场测试时必须认真调整好测试防喷装置, 测试是过程要有专人进行现场监督和巡回检查, 并要做好记录, 特别是遇到压力比较高的井, 防喷装置安装要牢固, 做到不漏不冒不渗, 从而降低安全事故的发生。

(2) 登高必须系好安全带, 由于有些测试水井井口过高, 测试员工在下放仪器过程中必须做好防范措施, 冬季做好防滑防冻措施。

(3) 试井队现场测试不准乱排、乱放、乱倒污油、污水和垃圾, 测试现场拉好警示带。

二、安全管理现状

1. 对安全设施的认识误区

科学技术的不断发展促进了测试现场安全设施和劳动保护用品的进步, 运用向着高、精、尖产品发展, 在生产实践中, 有些测试人员对于安全设施的认识不够深刻, 重视安全设施的重要事项, 忽略一些细节部分, 这样的思想使得安全事故的发生。

2. 对员工培训的认识误区

HSE安全培训是增强员工的安全意识, 对于在职的安全员与施工人员进行安全知识教育, 同时要提升责任意识, 做好岗位安全教育, 增强员工安全意识, 确保测试工作有序安全的进行。在实际的培训过程中, 仍然存在着这样的现象, 就是对员工的培训是停留在形式化的基础上, 一些测试发生的事故原因恰恰就是因为形式化造成的, 员工没有掌握相关安全应对的措施, 因此, 为了防止安全事故的发生, 要抓好HSE安全培训工作。

3. 个别安全管理人员思想上的认识误区

安全生产是每一个行业都要重视的环节, 尤其是对于现场测试工作来说, 要接触一些危险的操作行为, 操作不当会给生命健康以及经济造成严重的后果, 作为管理工作, “严是爱, 松是害”, 有些管理人员在进行安全管理中, 害怕得罪人, 或是没有责任心, 管理工作往往是流于形式, 这样的管理环境下, 安全事故发生的可能性就增加。

三、改进措施

1. 安全生产是企业生产发展的稳定基础, 现代化的生产方式应用的机器设备越来越先进, 对于操作人员的技术要求也更为严格, 对于测试团队来说, 保障测试安全工作, 必须要树立以人为本的观念, 提高测试团队的整体素质, 做好安全生产的基本保障。

2. 测试安全管理工作需要企业领导的重视, 领导的重视可以提高员工安全生产的意识, 做好安全工作的制度完善, 用相关规范条例对安全生产行为进行约束, 以多种形式宣传安全知识, 将生产的紧迫性与安全性结合, 促进生产工作的顺利进行。

3. 安全生产的管理模式要顺应时代的发展和社会的需求进行改革, 根据实际生产需要, 完善管理方式和手段, 建立健全安全管理机制, 要对安全生产的基础坚持以预防为主, 重点的检查是防止违章违纪行为的出现, 源头上被杜绝, 测试工作就能高效的运行。

四、结语

测试现场中的安全管理是一项长期的、复杂的系统工程, 需要不断探索, 时刻保持良好的、稳定的安全生产局面, 做到长抓不懈、警钟长鸣, 为我们的安全测试做出最大的贡献。

摘要：随着油田开发的深入, 注水井分注层数的逐年增加, 其分层测试的难度也逐年增大, 测试工作量明显提高, 测试中存在的各种安全隐患也随之提高。测试现场中的安全管理是一项长期的、复杂的系统工程, 需要不断探索, 时刻保持良好的、稳定的安全生产局面, 做到长抓不懈、警钟长鸣, 为我们的安全测试做出最大的贡献。实践证明:安全好不好, 关键在领导。领导应采取多种形式积极宣传搞好安全生产的紧迫性、重要性、牢固“安全第一, 预防为主”的思想, 除了从思想上提高认识, 增强责任感和使命感外, 还要不断增强员工的安全生产意识, 从根本上调动职工保证安全的积极性。这样, 才能把本单位、本部门的安全生产抓好抓实。本文主要从现场测试工艺, 现场测试安全管理现状两个方面进行探讨研究, 并提出了改进措施, 从而提高全员安全生产意识和技能, 保证安全生产的正常进行。

关键词：安全隐患,测试工艺,安全管理

参考文献

双绞线布线系统的万兆现场测试 第7篇

然而, 确保实现高速传输的稳定和可靠, 需要具备三个重要条件, 首先, 发送器需要对数字信息进行编码并生成可以传输的电子信号, 然后通过布线链路将这些信号发送出去。其次, 物理链路 (传输介质) 必须能够跨越所需的距离将发送器的信号传输给接收器, 并保证接收器输入端的信号质量。最后, 接收器也必须满足一组性能参数, 确保通过链路到达的信号符合技术要求, 从而保证实现自己的功能。因此必须要认真了解发送器的要求、信号编码方式、接收器的能力以及链路的传输特性, 并将它们作为一个整体来考虑。本文仅对如何保障传输介质质量, 通过现场测试以确保其传输特性进行详细阐述。

1 外部串扰的概念

我们都知道, 高带宽是实现高速传输的重要保障, 双绞线万兆应用需要500MHz带宽, 这明显比千兆以太网100MHz带宽的要求高了很多。由于传输信号的频率大幅提高, 因此必须为布线测试指标增加一组重要的干扰测定参数, 这组新的测试参数被称为外部串扰。

通俗的讲, 串扰是指双绞线布线链路中一对线对另一对线的干扰, 串扰程度随着信号发送频率的提高而加深, 而衰减随频率变化, 信号频率越高衰减也越严重 (信号在沿着链路传输时变得越来越弱) 。因此, 双绞线线缆线对绞结率各不相同, 用以降低线对之间的干扰。然而, 在万兆以太网的高带宽条件下的传输中, 各条线缆中相同颜色线对绞结率是完全相同的, 这就加大了线外干扰可能 (如图1所示) , 即我们所说的“外部串扰”。然而, 外部串扰对邻近布线链路影响最大, 设想在设备间和办公区, 数量不等的线缆通常会被捆扎在一起放在管道或是线槽中, 这样, 外部串扰在相邻线缆中产生相互影响加大。因此, 我们可以总结影响外部串扰的普遍规律:影响随着所传输信号的频率增加而增加;链路间距离越近影响越大;绞结率相同的线对影响更大;绞结率越低影响越大;链路间并行的距离越长的影响越大。

根据以上规律, 我们来看这样的一个外部串扰模型。

由图2、3可以看出, 外部串扰的测量将包括不同线缆中线对之间的外部近端串扰和外部远端串扰。由于必须评估线束中不同线缆线对之间所造成外部串扰的总体影响, 因此测量结果应为线束中线缆外部串扰综合计算值, 通过综合外部近端串扰及综合外部远端串扰两个指进行评估。其中, 两条同方向线缆中较短线缆对长线缆的外部串扰影响是最为严重的。了解外部串扰影响的规律后, 这对我们如何进行测试量以及如何选择测量线缆提供了有效的帮助。

2 双绞线万兆测试标准

说到测试我们不得不先要了解一下目前双绞线万兆应用所涉及的相关标准。主要有两类标准, 一种是与应用无关的布线标准 (由TIA、ISO制定) , 另一种是与应用有关的应用标准 (由IEEEE制定) 。布线标准包括TIA/EIA-TSB155、CAT.6A或是ISO Class EA、Class F等, 应用标准则是10GBase-T、TIA/EIA-TSB155适用于6类布线系统中实现万兆传输的布线标准。但无论选择哪一个标准, 都必须先通过在500MHz带宽下的线缆认证测试, 然后再进行有关外部串扰测试。也就是说, 无论选择布线还是应用标准, 都先要对现有或是新安装布线系统进行全面的认证测试, 只有测试结果全部通过, 方可进行外部串扰的测试 (注:两次测试所选标准须一致) 。通过笔者对同一测试记录结果采用“再认证”的方法进行比对发现, 不同标准的严格程度不同如表1所示。

由此可见, 建议对新安装布线系统, 可根据布线产品认证级别对其按相应布线标准进行认证测试;而对原6类布线系统建议采用TSB155或是10GBase-T的标准进行测试, 以确保满足目前万兆应用需要。

3 外部串扰的抽样测试

明确了测量标准, 接下来我们说说外部串扰测试采样指导准则。在所有被测链路全部通过500MHz带宽的测试后, 就需要对其进行外部串扰测试。然而, 外部串扰测试是一个较复杂的过程, 如果我们有N条被测链路, 就需要进行N (N-1) 次测试。这样我们就需要确定一个合理的抽样测试条件, 测试有代表性的线缆, 从而判定整个综合布线系统万兆应用的好坏。

将“被干扰”链路所在一捆线缆中的所有其他链路都作为干扰源链路, 如果链路在同一捆线缆中, 将一捆线中的10%作为被干扰源链路。如12根线一捆则选择最长的一条作为被干扰源链路进行测试, 24根则选择两根进行测试 (24口配线架作为一个测试单元) 。

此外, 选择首次测试 (500MHz带宽) 结果中串扰余量较小的链路作为被干扰链路进行外部串扰测试。

根据上述规则, 我们举例来看:

图4中, 红色线缆的附近一般没有邻近的链路, 因此不被选入为“被干扰链路”。

图5中, 绿线色线缆周围存在干扰的可能最大, 应首选为“被干扰链路”。

图6选择在同一束里的线缆作为“干扰链路”。

由此可见, 只有同一个线束中的布线链路才会对综合外部串扰 (PSAXtalk) 的测量产生影响。一个线束中的布线链路越少, PSAXtalk (综合外部串扰) 就越小。当每个线束中的链路数量较少时, 我们前面讨论的测试策略会更有效。每个线束中最理想的链路数量 (尤其对于Cat.6布线通道而言) 是12条, 一般最好不要超过24条。此外, 不要将线束中的电缆捆得太紧;每隔2英尺 (60cm左右) 或更长间距扎一条绑带。

大部分外部近端串扰都发生在链路起始端前20m内。除非每条电缆都并行贯穿整个线束, 否则从测试端算起的20m之后的电缆所产生的外部近端串扰实际上不会对总体PSANEXT产生任何影响。因此, 链路的跳线和配线架布置方式以及由此产生的机架线缆管理都会对链路之间的外部串扰程度产生严重影响。相距越近, 外部串扰程度就越高。

采样建议明显表明, 当测试配线架的外部串扰性能时, 适当了解布线拓扑结构会让您受益匪浅, 它可以帮助您分辨出同一线束中捆绑了哪些电缆, 从而更有效的抽样选择被测链路。

4 外部串扰的现场测试

外部串扰测试主要测试两个指标, 我们前文也介绍过了, 就是综合近端外部串扰和综合远端外部串扰 (PS-AACR又称为综合外部衰减串扰比) 。

在仪器方面, 我们采用DTX-1800电缆分析仪以满足测试外部串扰参数所需的带宽要求, 同时配合外部串扰模块进行同步测试。为使主设备和远端设备能够同步执行测量过程, 需要在这两个设备之间建立一条连接。将特殊的外部串扰模块插到DTX-1800设备的背面, 插入位置与DTX-MFM等光纤损耗测试模块的插入位置相同。在为这两个设备都装上外部串扰模块之后, 可使用标准跳线连接这两个模块并建立同步所需的链路。此时, 接受测试的布线链路远端还未连接到测试仪设备。链路末端的开路将会对测试信号产生明显的反射。为避免远端产生发射, 对测量过程和测量的准确性产生干扰, 必须要在这两个链路的末端安装一个特殊的端接插头。图7显示为外部串扰的测试模型, 两条线缆链路之间的所有外部近端串扰线对组合共有16种。按图所示的方式配置之后, DTX-1800会在大约30s内用1～500MHz之间的频率测量这16种线对到线对组合的外部近端串扰。

图8显示了用来测量一个线束中两条电缆之间线对到线对外部远端串扰的DTX测试模型。这两个测试仪设备现在连接到了此线束的不同末端。测试仪设备必须要配备我们在前面提到的用来测量外部近端串扰的外部串扰模块。使用测量时不用的备用布线链路或链路在DTX-1800主设备和DTX-1800远端设备之间建立同步路径。对于测试中涉及到的链路, 开路端必须使用测试外部近端串扰时所用的插头进行端接。

此外, 测试同时还需要测试仪的主端与PC相连 (如图9所示) 。

5 测试结果判定

根据不同的测试标准, 其判定测试结果也不太相同, 让我们举例来说明。

(1) TIA Cat.6A和ISO Class EA要求 (布线标准)

◆每对线的PS ANEXT和PS AACR-F都必须通过测试;

◆4个线对的平均PS ANEXT必须通过标准规定的平均线对值;

◆4个线对的平均PS AACR-F必须通过标准规定的平均线对值。

具体情况如图10所示。

(2) 10GBase-T

◆叠加PS ANEXT和PS AFEXT;

◆只需察看10～400MHz的测试结果;

◆所有平均余量必须大于0即为通过。

具体情况如图11所示。

由此可见, TIA Cat.6A和ISO ClassEA中并没采用10GBase判定方法, 因此它们更为严格。

6 结束语

以上我们详细阐述了双绞线万兆现场测试方法, 以及所涉及的相关标准和技术内容, 便于大家有更进一步的理解。目前以我们安恒网络测试服务中心所测试的现场案例中可以看到, 大部用户的双绞线万兆应用主要为网络数据中心等依赖于高速传输的网络。而解决线缆外部串扰对万兆应用的影响, 除了需要采用现场抽样测试方法以外, 还要在建设阶段选择更高质量的布线产品和安装队伍, 在安装过程中应尽量减小捆扎线束中的线缆数量, 因为较小线束间的线对外部串扰通常可以忽略, 同时意味着所需测试外部串扰影响的链路数量也少, 另外捆扎带的间距0.5～0.7m为宜。

结构动力学现场振动测试教学探讨 第8篇

关键词：结构动力学,课程改革,现场测试

0 引言

在经济、文化、科技高速发展的今天,社会对应用性人才的需求日益激烈,这就要求学生具有一定的观察力,较为严谨的思维力和丰富的想象力,充分运用和发挥这些能力的创新精神和创造意识。因此在教学过程中要实现从注重知识传授向更加重视能力和素质培养的转变;要根据经济社会发展和科技进步的需要及时更新教学内容,将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中,为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容[1]。

结构动力学是高等学校土木工程专业的一门重要课程,该课程的难点主要在于动力学的基本理论和应用。而学生对动力学方面的知识掌握不深、应用不多,数值分析方面的内容也较少涉及,对复杂的工程动力分析难以理解[2],单纯的课堂理论讲解很难收到理想的教学效果。所以,结构动力学教学中亟需建立起与课程相配套的实践环节。

本文介绍了现场振动测试的两项教学实践,力图将其融入到结构动力学教学的全过程中去。

1 现场振动测试仪器

测试仪器为美国凯尼公司生产的Basalt型数字记录器,其多通道数据采集系统置于一个单体机箱内,内置GPS。机箱包含外部电压输出传感器与系统连接的接口,所有接头支持瞬电与EMI/RFI保护。Basalt型仪器内置三分向加速度计,具有4(8)个独立的传感通道,支持内置ES-T;支持最低-1sps最高1 000 sps的多采样率记录与通讯;具有多数据格式及远程协议,如COS-MOS,EVT,SAC,Matlab,ASCII,MiniSeed等。适用范围广,可以用于自由场、强震台网、公路铁路、水库电站等多通道监测。

2 现场振动测试实例及其相关理论

2.1 两幢建筑结构动力特性现场测试教学实例

结构物的自振频率、振型、阻尼比是表征其自身动力特性的基本参数。确定这些动力特性参数,是进行地震反应分析的一个基本条件。因此,要熟练的运用结构动力学知识去解决实际工程问题,必须具有多自由体系动力特性求解理论的坚实基础,而现阶段的课堂教学主要是局限于公式的讲解。

本节拟通过对两幢不同结构形式的建筑进行脉冲响应现场测试,获取结构的自振频率和阻尼比等参数,使学生加深对真实结构的动力特性的认识。

建筑物的脉动是在地面运动等脉动源激励下引起的响应,所以该试验不需任何激振设备,对建筑物没有损伤,也不影响建筑物内部的正常工作,试验方法简便且有效,适合课程教学。通过测试具有不同结构形式的两幢建筑的脉动响应,以获得其自振周期,阻尼比等参数,使学生对于结构动力特性的相关概念有更为清晰的认识。

测试对象为同济大学内某两幢教学楼(以下称为A,B大楼)。A大楼总建筑面积14 920 m2,层数8层(半地下1层),建筑高度31.9 m,采用了钢框架与混凝土墙体相结合的结构体系。在其B座顶层布置测点;B大楼总建筑面积为22 000 m2,层数14层,为框架剪力墙结构,2层,3层,4层有大开洞,为转换层,结构较复杂,测点布置在顶层;测试内容为在地脉动作用下某一时段内A,B大楼的加速度响应,经数据处理,获得两幢建筑物的自振频率和阻尼比。

在整个现场测试教学过程中,学生在教师的指导下依次完成以下两项工作:

1)确定试验方案,主要包括选择测点布置位置,确定采样时间和采样频率三个方面。通过学生自主确定测试方案,可以加强学生对试验环节基本概念的理解。

2)现场测试,学生主要完成的工作有:测点布置,仪器连接,仪器调试,数据监控(见图1,图2)。现场测试可以培养同学进行科学实验的基本素质和系统思维。

图3和图4分别给出了A大楼和B大楼的南北向加速度时程曲线及其相应的傅里叶谱和自功率谱。一般来说,自振频率的峰点将出现在所有的谱上或者出现在大多数的记录信号中。无论是一个测点信号的自谱或者两个测点信号的互谱,在结构自振频率峰值的位置都会出现陡峭的峰,据此可以初步估计A大楼和B大楼的自振频率(如表1所示),阻尼比则利用半功率方法确定[3]。

建筑结构动力特性是反映结构本身所固有的动力性能,与外荷载无关,只与结构自身的因素有关,如结构形式、刚度、材料、连接和构造等;A大楼采用了钢框架和混凝土墙相结合的结构体系,而B大楼为混凝土框架剪力墙结构,一般钢框架结构阻尼比在0.02左右,而混凝土结构为0.05,从实测阻尼比可以反映出两者主体建筑材料的区别;该两建筑东西向结构刚度大于南北向结构刚度,则南北向振动周期应大于东西向自振周期,对比表中数据,A,B大楼的南北向自振频率均小于东西向,实测结果与理论结果较为一致。通过对两幢建筑结构动力特性的现场测试,使学生对真实结构的动力特性有了一个较为深入的认识,锻炼了透过现象发掘本质的科研思维,取得了较好的教学效果。

2.2 地表振动衰减测试教学实例

2.2.1 基本理论概述[4]

线性体系对随时间任意变化激励反应分析的频域方法,是除了以Duhamel积分所代表的时域方法以外的另一种方法。当激励p(t)非周期性时,可以用Fourier积分表示为:

式(1)中:

式(2)表示时间函数p(t)的Fourier变换(也称为直接Fourier变换),式(1)是频率函数P(ω)的Fourier逆变换。两个式子合称为Fourier变换对。

求解线性体系对激励p(t)的反应u(t)时,先通过式(2)得出激励p(t)各谐振激励项P(ω)eiωt;再由:

给出体系对激励P(ω)eiωt的反应量U(ω)eiωt,其中,H(ω)为复频响应函数;其响应函数u(t)可由式(4)确定:

此即为频域分析法。

根据式(2)可以清楚看出,为确定直接Fourier变换,直接积分就足够了;相反,为求式(4)的Fourier逆变换,必须作复平面内的围道积分,这对于学生来说,难度较大,不易掌握,而且不实用,因为在工程实践中解析地求解结构动力学问题几乎是不可行的。工程中分析任务常常由切实可行的著名“快速Fourier变换”(FFT)专门计算技术来完成。仅仅依靠课堂教学,学生很少有机会接触这项技术,在认识和理解频域方法的理论和运用时会遇到较大的困难。

2.2.2 地表振动衰减现场测试

石拉锯是石材加工的必要机械设备之一,会产生较大的环境振动。本次测试在上海某石材加工厂附近进行,在工厂附近布置两条测线,测试内容为土体的三向振动响应,以获得机械设备运行所致环境振动在土体中的传播衰减规律。本教学实例目的在于让学生掌握利用FFT变换处理数据,以及理解阻尼对振动衰减的作用效应。

本次测量,学生在教师指导下主要完成以下两项工作:

1)测试布置,根据试验方案,学生自主完成测线的布置(见图5),使学生对此类试验方法有直接的印象,为日后自主试验打下基础。

2)数据处理。由于测出土体在时域内的振动响应,对于某一特定频率激励所产生的环境振动难以识别,所以需要频域方法进行分析。通过对于试验数据的处理,使学生理解和掌握频域方法在工程中的基本运用,增强学生科学研究的基本素质。

图6和图7分别给出了距离振源200 m和260 m处的两条典型时程及其对应的傅里叶谱。

由试验结果对比分析可知,由于土体自身的材料阻尼及几何阻尼,地表振动随距离和时间变化有着较大的衰减,如1.45 Hz频段(考察频段)的Fourier谱幅值由200 m处的0.010 5衰减为260 m处的0.009 6。通过此试验,学生对于频域分析方法及FFT变换的运用有了初步认识,并对阻尼在振动响应中的耗能作用有了更为清晰的概念。

3 结语

本文探索一种将课堂理论教学与现场测试相结合的结构动力学教学方式,介绍了两幢建筑结构动力特性测试和地表振动衰减测试实例及其相关结构动力学理论。结构动力特性(包括结构自振频率、振型和阻尼)是“结构动力学”中十分重要的章节,而频域分析方法则是难度较大的章节,仅仅通过课堂教学,难以保证良好的教学效果,建筑现场脉动测试和地表振动衰减测试能较直观地将抽象的理论内容以具体的数据及图表反映出来,且本文的试验操作较为简单,试验环境要求不高,适合学生自行试验。通过现场试验,发挥了学生的主观能动性,激发了学生兴趣和潜力,培养了学生的动手能力和专业技能,取得了良好的教学效果。

参考文献

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[2]王德玲,沈疆海,张系斌.ANSYS在结构动力学和工程抗震教学中的应用[J].水利与建筑工程学报,2010,8(1):39-41.

[3]R·克拉夫,J·彭津.结构动力学[M].第2版(修订版).北京:高等教育出版社,2010:44-45.