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1、ICS27.140CCSP55团体标准T/GDHES004-2024软基水闸动力学测试技术规程Technica1.specificationofdynamictestingforsoftfoundations1.uice2024-07-02实施2024-07-02发布广东省水利学会发布目次1范围I2规范性引用文件I3术语和定义14基本规定24.1 一般现定24.2 资料收柒24.3 3测试方案编制35动力学测试仪潺设备及工作环境要求45.1 仪器设爵如成及要求45.2 传感器45.3 信号传修线45.4 数据采集仪45.5 动态估号分析系统45.6 供电设备55.7 工作环境要求56传感器安装
2、及动力学测试操作56. 1传感牌安装及要求56.2 测试前的准备工作56.3 动力学测试操作步骤及要求66.4 动力学测试资料记录67振动信号的数据处理67.1 振动信号的数据处理内容77.2 振动信号的预处理77.3 振动信号的时域分析77.4 振动信号的版域分析77.5 工作模态识别78测试资料整理与分析81.1 1测试资料整理81.2 测试资料分析81.3 测试成果报告8附录A（资料性）测点布置示意图10附录B（资料性动力学测试系统示意图11附录C资料性测试信号册量情况对比12冏录D规范性）动力学测试原始记录表13附录E（资料性）奇异端计算14附录F（资料性）稳定图法16-XX.刖三本文
3、件按照GB/T1.1-20204标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起审规则*的规定起草.请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承担识别专利的费任.本文件由广东省水利水电科学研究院提出并负具体技术内容的解林。本文件由广东省水利学会归口。本文件起草单位：广东省水利水电科学研究院、南昌大学、华北水利水电大学、广东省水利水电技术中心“本文件主要起草人：李火坤、黄锦林、张建体、叶合欣、罗日洪、黄伟、付传雄、柳波、唐义员、李怡静、涂强、曾克茄、江琦、侯普、刘乐吟,软基水闸动力学测试技术规程1葩围本文件规定了已建软基水闸动力学刈试的工作内容和技术要求.本文件适用于泄流激励下软暴水同运
4、行期的动力学测试，2规范性引用文件卜列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注目期的版本适用于本标准，凡是不注目期的引用文件,其最新版本（包括所有的惚改单）适用于本标准.GB/T11412机械振动与冲击加速度计的机械安装GB/T51306工程振动术语和符号标准3术语和定义下列术语和定义适用于本标准.3.1软基水闸softfoundations1.uice修建在由冲枳或沉枳形成的天然含水录大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土地夔之上，利用闱门控制流量和调节水位的低水头水工建筑物.3.2用机振动randomvibration对未来任总给定时刻，其就时值不能预先确定的振动.3.3振动
5、响应Vibrationresponse他基土、结构或隔振体系受振动作用时的振动输出e3.4振动模态VibratiOnmode系统中每个质点做相同短率的简谐振动时的特征模式.3.5振型节点nodeofvibrationnx1.e在某阶同行颇率下,振理与原来形状的交汇节点.3.6模态叁数moda1.parameter振动系统的各阶固行频率、振型、模态阻尼等表征模态的特征参数，3.7汉宁腐hangingwindow一种用于减少信号频谱泄漏问题的窗函数，3.8工作模态识别OPeratiOna1.moda1.identification利用环境激励下结构的实测振动响应我取结构11身动力特性的方法和过程.
6、3.9模态定阶moda1.orderdetermination确定结构系统振动模态的阶次或模态数的过程.3.10奇异熠singu1.arentropy对振动信号进行奇异值分解后.计算奇异值的信息燧值而得到的用于确定模态阶次的指标.3.11稳定因StabiIitydiagram在结构模态分析中用于识别结构系统真实模态参数和区分真实模态与虚假模态的图形化工具，4基本规定41一般规定4.1.1 振动响应测试物理状包括振动加速度、振动速度、振动位移和动应变等。4.1.2 软荔水制动力学测试工作，应优先采用成熟可绑的先进技术和设备，4.1.3 对软基水闸进行动力学测试.不应对结构造成损害.4.1.4 现
7、场测试时,测试仪器设i应有防水、防风、防晒、防磁和防娠等保妒措施.41.5测试现场应保证测证仪器设备的电源供应及运输条件，41.6测试所用的项目合同、工作任务书和工作大纲、测试成果及分析计算资料、测试成果报告、评审意见书等,可参考国家科技档案相关规定整理归档.4.2资料收集4.2.1诳行状基水网动力学刈试之前，宜对测试现场进行查勘和调斫，收集软基水闸的基础资料和测试现场环境资料.4.2.2软基水制的基础资料收集宜包括以下内容：a）工程概况、总体布置、水文气象、地形地质资料等：b）竣工资料、设计图纸、区始设计参数和数据等：C）工程监测、I常检衣、问题处理等运行情况资料，42.3软基水储测试现场环
8、境资料宜包括以卜内容：a）场地及其邻近的1：扰振源资料:b）影响现场测试人身安全的周边环境资料.4.3测试方案编制4.3.1根据测试目的和要求，应制定完簧的溯试方案，并在现场测试过程中根据实际情况做必要的修正和补充.4.3.2测试方案的编制.宜包括以下主要内容：a）测试的目的及任务：b）测试物理量的确定：c）测试仪器设备的确定,包括测试传感器及数据采集仪是否在校准的有效范用内：力测试工况的确定：e）测试传感涔布置图，宜对传感器诳行编号，井标出布点位置及坐标：f）传感器的安装及固定方法：K）测试具体实施步探和程序：h）安全措施预案.43.3测试方案编制时，宜根据被测结构特点选定振动传!咨器布设位
9、置及数玳，对付出器JS行编号，标出测点位置及坐标，并画出测点布置图，测点布置宜满足以下要求：a）抿动传感器测试点的位置和数量应能满足确定软基水附结构振型的要求,测试前宜根据数值计算的振型合理确定传感器的数JIt和位置，单个闻墩上布置的测试传感器数届不宜少于5个：b）振动传感浮应布过于不受水流影响的软基水闸主体结构娠动植感处，能反映里:基水闸结构整体和主要部位的动态响应且便于安装，不宜布置于工作桥、城缆沟等附属结构上；O振动传感器宜布置在安全且可避开人为干扰的位置，附近应能防极和防局部振动：d）推动传感渊不宜布置于结构振里节点处.冽振方向应与刈试对望所需测试的振动方向一致,测试过程中不应产生帧斜
10、和附加振动：e当因SW试仪器数收不足或其他因素需要做多次测试时，可采用移动测点法测试，每次测试中应至少保留一个共同的参考点,参考点位置应避开拟测结构的振里节点：f）传七零测量方向应以水平横河向为主.重要位.巴宣布置成水平顺河向、水平横河向和竖向等三个方向，参考测点布建示意图见附录A。4. 3.4应制定安全措施预案，满足测试仪器设任掾作安全规程、现场人身安全管理规定和相关国家安全要求.5. 3.5软基水网结构动力学施试可按图1进行.图1软基水闸动力学测试流程图5动力学测试仪器设备及工作环境要求6. 1仪器设备组成及要求5.1.1 仪器设符一般由传移器、信号传输线、数据采集仪、动态信号分析系统、供
11、电设符等组成,见附录B.5.1.2 仪港设备应便于携带、安袋，适应野外J1.作环境，5.2传感SS52.1传呼器应具有防水、防潮、防尘等功能，在非使用状态时应有保护抬施以防损坏，传感器外壳防护（防尘、防水等级应满足IP67要求.5.2.2忱基水厢动力学测试宜采用具有较高的精度和灵敏度的低痂振动传感器，物率下限应不大于0.5Hz.灵敏度应小于5%。分辨率要求：位移传感器为IOk1.O）,速度传感器为10%s10*bs.加速度传感器为10s2-10W.52.3根据软卷水制结构主要振动频率选择传感器类型，当在30HZ以内时，直选用位.移传感器：当在30HZ-100HZ时,直选用速度传感器：当在100
12、Hz以上时,宜选用加速度传感器.5.2.4动应变刈试传感器宜采用电阻应变计.测盘范围：10000110000E,精度不低T1.E5.3信号传推统53.1信号传输城应采用专用屏蔽电缆战，屏蔽电缆战应具有防水、绝除性能。5.3.2信号传獭线所有连接应牢固可般.线缆接头处应绝绿屏蔽.宜采用套管保护.54数据采柒仪54.1数据采集仪应具有远距达振动、嗓声、动应变等各种物理年的多测点信号采集功能，并能与相应分析软件相连,形成高性能数据采集和信号分析系统.5.4.2数据采集仪宜采用24位高精咬AD果泉模块的多通道数字采集与数据存储系统具有有线和无线接口，内况存储系统，具备可更换电池，电池容业应确保无外接电
13、源时能正常工作，5.5动态信号分析系统55.1动态信号分析系统应具有多通道数据来集能力，具需基本的数字信号处理功能。5.5.2数字信号处理包括时域分析中的数字涉波波形极取、通道分声、数字枳分/微分、峰值计数、时域统计分析、自相关分析、互相关分析、概率分析等功能，频域分析中的快速傅里叶变换、自动率港分析、互功率讲分析、三维诙阵分析、传递函数分析、相干函数分析等功能.5.6供电设备5.6.1供电设备应具行处持现场测试仪器设;持续、稳定的供电能力.56.2招用电源应具备满足现场测试仪器设得连续、稳定工作至少6小时的能力。5.7工作环境要求5.7.1现场工作环境应具备测试仪器设备安犍、调试、更换、运行
14、条件和正常JC作的温度与湿僮.5.7.2洲试场地应避开外界干扰振源,避免强电磁,噪声干扰。5. 7.3测试仪罂设法应良好接地，消除噪声干扰.6传感器安装及动力学测试操作5.1 传感器安装及要求5.1.1 传感潞的安装按照GB/TMiI2的规定执行，应符合以下要求；a）传热器应按使用说明书及动力学测试要求的位.置和方向安装：b）传感器安装位置的接触面应尽可能清洁与平整，接触面的平整度根据传感器的安装要求确定：O传感零的安装步骤为：首先将传尊器专用底座粘结于结构表面.随后招传感潺固定于专用底座上，将信号传输线与传形器连接，以后用胶带将信号传输战固定于软电水W结构表面，如图2所示：d）传感器宜安装在
15、专用底座匕如螺栓连接底座、磁吸底座等,用具有较好拈结力的粘结剂制底座粘结于结构表面.避免底座产生滑移,胶水凝固后应具有一定的刚性：e传感器安装完毕后，通过信号传输或与数据采集仪相连，伯号传输战与传感器连接的部分不得受力，宜用胶带裕信号传输线固定在结构表面，避免信号传输线移动.U）暧向传总81安装b）水平向传腐SS安装1信号传输或；2.结构表面；3,胶带；4粘结剂；5专用底座；6.传媒器图2传感器安装示意图61.2传感器安装完毕后,应绘制传感器布置图，内容包括传厚器型号及布置位置、传呼器编号、各传感;对应的信号传输线编号、放大器编号、测盘通道端号等.5.2 测试前的准备工作6. 2.1测试前放根
16、据泄流激励诱发软基水闸结构振动的荷我及结构本身的动力特性，判别软基水俯结构8.3.2阶段性测试成果报告根据分阶段开展的刈试工作任务进行编写，成包括测试内容、测试方法介绍、阶段性测试成果及分析、阶段性结论等内容,待全部测试工作完成后，编写测试成果总报告。83.3测试成果总报告由封面、扉页、摘要、目录、正文、资料附录等部分组成。8.3.4 测试成果报告正文应包含以下内容：a）前言：b工程概况；O溯试依据和基本资料，包括测试目的、测试方法、测试物理量、仪器设着型号及技术指标、测试单位及人员、与测试有关的规程和规范等；d）测试工况和测点布置：e）测试信号的数据处理：f）测试成果与分析：R）结论和建议；
17、h）附图和附犬.8.3.5 测试成果报告正文的编写应伯息完整，物理量的单位应果用国家法定计量单位，结论成客观、准桶、完整、简明扼要，测试成果报告中应附必要的附图、附表和照片等资料，附录B（资料性）动力学测试系统示意图动力学测试系统由振动传呼器.信号传输线、数据采集仪、供电系统以及动态信号分析系统如成，振动传感器用于获取软基水闸的振动信号并将其转换成相应的电信号，信号传输畿将电信号传输至数据采集仪，数据采集仪将电信号转换成数字信号，并将其传输至动态信号分析系统。以单孔软基水网的动力学测试为例，在诳行动力学iff试时，应保证所有设在正确连接，井进行调试，确保动力学测试系统正常工作，见图B1.供电设
18、各动6信号分析泵及附录C（资料性）测试信号质量情况对比C.1当环境激励稳定时,采集信号一般为平稳随机波动（见图CD.陶观察采集信号中波形是否平稳，若采集的信号波形中突然出现较大波动（见图C.2）,应检杳溯试过程中是否出现人员车辆行帔、机械启闭等人为干扰或强风、降雨等环境干扰，必要时可进行巾新测试.图C1.正雉平稳随机振动波形图C.2含较强噪声振动波形C.2在动力学测试中采集到的振动信号数据.若信号出现零点漂移（见图C.3）或基线偏离（见图C.4等情况时，应口杳传感器或放大器是否进行校准或传感器算率范用以及传感罂周国是否存在环境图C.3零点漂移振动信号图图C4基线漂移振动信号图附录D（规范性）动
19、力学测试原始记录表动力学测试原始记录表见表D.I.表D1动力学测试原始记录表测试工程名称:程地址现场天气情况测试地.氢仅SS设番名称仪聘第号测试募效诞量方向刈点个敞采样频率采样时间振源忸况检工况放拒保存U录及文件名测点班号采奥仪通道号传感器编号化密器档位物监器灵敏度恺绯爵安装位贸测点位置布JK示意图测试人员校核人后测试日期附录E(资料性)奇异场计算假设一长度为N的实测振动响应信号为XG)=.,).4+7).v(,+k).A=OJ“N-1；将X,映射到相空间中，得到轨迹矩阵。；*(,+r)中.+3-1.*邛I,Fjrz*(-irM+2r)-.+rM1,+ff)-11+O,/=12.，)(E.3)
20、式中：o奇异值，I1.1.,.,O：k一非零奇异值个数：奇异值个数.而当信号具有,较低信噪比时，其奇异值分解后将到的矩阵S,可描述为:s,=diag1.,r,.,.,.(,Oj=12川(EM)非零奇扑俏的个数与信号所含频率的成分玄切相关，在信号频率成分筒总的情况下，结构的系统阶次为非与奇异值的个数乐而对于信啖比较低的信号，矩阵S,的非零值在对角元素就会越多，从而加大定阶的难度.可见，矩阵S,具有客观反映结构振动估号的信息JA的特性，基于该特性，采用奇异端技术进行模态系统定阶，奇异炳在阶次J处的增IWAq的计罄式为:Aa=-A.IOga）（E.5）式中:j奇异熠的阶次：殉个奇异使占所有奇异值之和
21、的比例。其中4的计算式为：a.=,（E.6）式中:1.殉个奇异值：.第0个奇异值：n矩阵，中奇异值个数，当奇异埔增气开始降低到渐近侑时，即信号的特征信息出已经饱和，所对应的奇异谱阶次可以认为足系统阶次的近似，此时认定该奇异谱阶次即为系统的阶次，且对于同一振动响应信号，噪声干扰的产重程度对于信号有效特征信息进行完整抽取所需的奇异谱阶次无影响，即系统的阶次是一定的。当奇异端增量趋于稳定时，信号的特征信息量已基本完整此时信号阶次为.0阶，别除系统的非模态项和共规项，得到实际阶次为M=aW2阶。附录F（资料性）稳定图法稳定图法假定系蜕有不同的阶次,对应阶次下有多个不同的状态空间模型，对每个模型进行模态
22、参数频率、班尼比、振型）识别，将得到的所有板率绘制于稳定图上，以此确定结构模态的阶次并甄别结构真实模态和虚假模态.在未知系统阶次的前提下,选择一定范围的阶次进行多次计算，以计算结果的稔定性选取模态参数。假定系统的阶次为从“E至1.J，j,，由于系统的特征值具有两两共拢的特点，所以阶次必须是隅数.从而番到%、-，1），2个结果，以妆和、明尼比f和振？6作为筛选标准的指标.则判别标准如下：频率的判别标准如下：/-X.-XI（F.D式中：相邻阶次的频率差值：/./.1.第/嗡次与第r+1.阶次的频率值：i模态阶次，且有i丘，”-）/21.若ZV大于频率分辨率，则认为该点频率不稳定：若“小于制率分辨率，则认为该点频率稳定，频率分辨率可根据系统结构特点设定.阻尼比的判别标准如下；K（F.2）式中：一任意阶次的阻尼比：阻尼比的平均值：f一阻尼比的变化率.若Af大于阻尼比判别侑，则认为该点频率不稳定：若Ac小于阻尼比判别值，则认为该点频率稳定，阻尼比判别值可根据系统结构特点设定.振型的判别标准根据模态判定准则来实现.定义如下：KZ岛（F式中：/、/模态阶次：.,第i阶、粉阶模态柜里向中：MAC.%、8,交用的余弦（ft.其值范围在。到1之间.模态判定准则实质是考察两向盘之间的相似性.其计算结果越接近1.说明两向盘越相似：反之计算结果越接近零，两向计之间差界理大，以此判别两个振型是否为同振堂.
