1、ICS 91.080.20 B60 LY 中 华 人 民 共 和 国 林业 行 业 标 准 LY/T 3218 2020 木结构楼板振动性能测试方法 Test methods for floor vibration performance of timber structures 2020-12-29 发布 2021-06-01 实施 国家林业和草原局 发布 LY/T 3218 2020 I 前 言 本文件按照 GB/T1.1-2020标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起 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这些专利的责任。 本 文件
2、 由全国木材标准化技术委员会结构用木材分技术委员会（ SAC/TC41/SC4）提出并归口。 本 文件 起草单位：中国林业科学研究院木材工业研究所、苏州昆仑绿建木结构科技股份有限公司、 北京东方振动和噪声技术研究所、北京工业大学、东莞市骏奔五金机械有限公司、国家林业和草原局林 产工业规划设计院、中国建筑标准设计研究院、北京交通大学、 中国林产工业协会、天津大学、大译象 文化发展（天津）有限公司、木材工业国家工程研究中心。 本 文件 主要起草人：周海宾、周冠武、张占一、沈银澜、郭伟、杨娜、徐伟涛、倪竣、杨春梅、罗 锦秀、王双永、邓昊、周宇、宋健、王滔、何军、崔莹、魏宁、杜永河、王雨晨。 LY/T
3、 3218 2020 2 木结构楼板振动性能测试方法 1 范围 本 文件 规定了木结构楼板振动性能的术语和定义、试验场所环境条件、测试装置、测试步骤、测试 报告。 本 文件 适用于搁栅楼板和平板楼板振动性能的实验室或现场测试，不适用于木结构楼板振动舒适度 评价。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 2298-2010 机械振动、冲击与状态监测 词汇（ ISO 2041:2009， IDT） GB/T 11349.2 振动与冲击 机械导纳的试
4、验确定 第 2部分：用激振器作单点平动激励测量（ GB/T 11349.2-2006， ISO 7626-2： 1990， IDT） JB/T 6822 压电式加速度传感器 JJF 1305 线位移传感器校准规范 JJG 834 动态信号分析仪 3 术语和定义 GB/T 2298-2010界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 相干函数 coherence function 频域内响应信号与激励信号之间关系的无量纲度量，描述各频率分量上线性关系，是试验质量的重 要指标之一。 3.2 窗函数 window function 为减少频谱能量泄露对信号进行截取处理的截断函数。常用的窗函数有矩
5、形窗、汉宁窗、指数窗。 3.3 阻尼 damping 能量随时间或距离的耗散。 3.4 固有频率 natural frequency LY/T 3218 2020 3 受到外界瞬态激励时， 楼板结构的自由振动响应特性。 3.5 频响函数 frequency response function 频率响应函数 楼板结构系统频域内振动响应傅里叶变换与激励信号傅里叶变换之比。 3.6 阻尼比 modal damping ratio 实际阻尼与临界阻尼系数之比，即无量纲参数，表示了结构在受激振后振动的衰减形式。 3.7 模态分析 modal analysis 通过频响函数模态参数辨识，确定采集分析频率范
6、围内楼板结构的固有频率、阻尼比、模态振型等 振动模态参数的过程。 3.8 模态振型 mode shape 楼板结构每一阶模态的位移变形相对振动型态。 3.9 节点 nodal point 模态节点 楼板结构中模态振型中位移值为零的不动点。 3.10 静载挠度 static deflection 施加集中荷载于楼板所产生的变形。如楼板为搁栅结构，楼板中心的静载挠度为楼板中心搁栅的跨 中部位的挠度。 4 试验场所的条件 4.1 楼板实验室测试场所的环境条件宜保持在 20 5和 65 5 RH，待测楼板应在测试场所存放 直至达到平衡条件。楼板现场测试时，应记录实际温湿度。 4.2 测试楼板应保证上部
7、无可移动附加质量，以免对振动测量产生误差。如不能实现移除，应不改变 附加质量状态并在测试报告中记录。 5 测试装置 5.1 激励装置 LY/T 3218 2020 4 5.1.1 激振器 激振器有电动式激振器、电动液压激振器、压电激振器等类型，用于激发结构的振动，应满足以下 要求： a) 激发的模态测试信号具备充分的信噪比，并且不产生非线性响应； b) 适用的激发振型且频率成分涵盖待测频率。 5.1.2 脉冲激励装置 脉冲激励装置可为装有内置力传感器的仪表式力锤，或配备独立力传感器的冲击装置。脉冲激励装 置宜重 10 kg以上且带橡胶材质的冲击头。 5.1.3 力传感器 力传感器使用前根据出厂
8、说明书进行校准，校准过程见 GB/T 11349.2。力传感器频率响应范围为 0.5Hz 1kHz。 5.2 加速度传感器 加速度传感器使用前根据出厂说明 书进行校准，校准过程见 JB/T 6822。加速度传感器频率响应范 围为 0.5Hz 1kHz，幅值精度 1dB。 5.3 数据采集装置 用于振动信号数据的采集与存储装置，分析记录时间信号并提取所需信息。数据采集装置应配备至 少 2个以上模拟输入通道，同时采集激励力信号和木楼板响应信号。采样频率应为待测最高频率的 2倍以 上，以捕获楼板待测范围内的固有频率特征，信号分析仪的输出结果应至少包括频响函数和相干函数。 数据采集装置硬件模拟信号采集
9、前端应具有模拟抗混叠滤波器，滤波器截止频率应大于木楼板结构 最高分析频率，且频带外的滤波衰减 陡度大于 80dB/Oct；采集仪器具有 24位以上独立模数转化器（ A/D）， 最高采用频率大于 51.2 kHz,满足 JJG 834动态分析仪 A类标准精度。 5.4 挠度测试装置 挠度测试装置的精度应为预期挠度的 0.3，校准过程见 JJF 1305。 6 测试步骤 6.1 模态测试 6.1.1 测试要求 模态测试时激励点和响应测量的位置应选取恰当，确保能获取固有频率、模态阻尼比、模态振型等 模态参数。采用一个固定点和一系列移动点进行频率响应测量，频率响应测量的数量应大于或等于所期 望的模态数
10、。 模态测试步骤应包括激励位置选定、响应测量位置选定、传感器安装、激励测试、测量结果校验以 及模态分析。激励测试可采用激振器或脉冲激励方式。 6.1.2 激励位置选定 激励位置应避开所关心模态振型的节点，宜选取楼板宽度的 1/6处且在楼板跨度中心附近。 LY/T 3218 2020 5 6.1.3 响应测量位置选定 响应测量点的数量应足够多，确保能获得所关心的模态振型。如楼板为搁栅结构 ，宜采用网格法确 定测量点，垂直搁栅方向划分楼板 3等份，并与搁栅交叉构成网格。如楼板为正交胶合木等平板结构， 测量点位置应均等布置，且位于每块板中心和相邻板的连接处。 6.1.4 传感器安装 若激励方式为力锤
11、等脉冲激励，力传感器应内置于激励装置中。 加速度传感器应与楼板上部紧密粘接。如楼面板上部覆盖地毯，应采用可穿透地毯触及楼面板的专 用安装底座，加速度传感器可粘接于底座上。如楼板上铺装地板或混凝土面层，加速度传感器可直接粘 接于地板或混凝土面层的上表面。 6.1.5 激振器激励测试 6.1.5.1 激振器安装 激振器应置于坚实地面上，从下方激励楼板。若 无法实现，使用弹簧将激振器悬挂在待测楼板的上 部，确保悬挂激振器系统的固有频率小于待测楼板固有频率的十分之一。 激振器通过传动杆将激励施加于楼板，如图 1所示。传动杆应有足够刚度来传递预定的激励力。 图 1 激振器安装示意图 6.1.5.2 激励
12、振型 激励振型采用随机激励。 6.1.5.3 测量设置 a) 对时域信号加汉宁窗； b) 监测相干函数，确定楼板频响函数测量的最小次数，宜不少于 5次，采样时间宜 5 min以上； c) 设置采样频率，采样频率应大于所关心固有频率最大值的 2倍以上，且控制频率分辨率不大于 楼板一阶固有频率的 1，如式（ 1）所示。 待测楼板 力传感器 传动杆 激振器 LY/T 3218 2020 6 f = SF/N . (1) 式中： f 频率分辨率； SF 采样频率 ; N 分析点数，为 1024的整数倍。 6.1.6 脉冲激励测试 6.1.6.1 测量设置 a) 监测相干函数，确定楼板频响函数测量的最小
13、次数，宜不少于 5次； b) 设置采样频率，采样频率应大于所关心固有频率最大值的 2倍以上，且控制频率分辨率不大于 楼板一阶固有频率的 1； c) 对激励信号加矩形窗，瞬态响应信号加指数窗；若时域信号记录末端处的加速度响应信号衰减 到初始值的 1，则无需加指数窗； d) 指数窗会增加测量响应信号的阻尼，应按式（ 2）进行校正。 r = r* - d/ r . (2) 式中： r* 测量第 r阶模态的阻尼； d 所选 指数窗的衰减率； r 第 r阶模态的阻尼频率； r 实际阻尼。 6.1.6.2 操作人员对待测楼板的影响 测试时待测楼板上部应无操作人员。如楼板上部有操作人员，应在测试报告中注明。
14、操作人员对待 测楼板频率的影响，可用楼板动力学模型估算，见附录 A。 6.1.7 测量结果校验 采用相干函数进行校验。相干函数的取值应在 0 1之间，一般大于 0.8。当相干函数较低时，应查 明原因，采取措施提高。 楼板测试结束后，互换激励点和响应点进行互易性检查，再对楼板进行模态测试。将频响函数测量 结果与之前获得的测试结果进行比对，如存在差异，表明传感器安装不当或存在非线性信号。 6.1.8 模态分析 从频响函数提取楼板的固有频率、模态阻尼比和模态振型。如待测楼板上部有操作人员，从频响函 数中提取楼板的固有频率参照附录 A的估算结果。 6.2 静载挠度测试 6.2.1 测试要求 静载挠度可
15、从楼板下部或上部进行测量，具体取决于楼板的构造细节。对于测试楼板上铺装有软质 面层或装饰面层，应从楼板下部测试，测量面应在楼板搁栅或平板的底部。 LY/T 3218 2020 7 6.2.2 挠度测量装置的安装固定 6.2.2.1 楼板下部安装 测试基准应选择待测楼板下方的地面或楼板，见图 2。挠度计固定在支撑杆上，挠度计测量杆与待 测楼板搁栅底部紧密接触，挠度计归零。 图 2 静载挠度下部测量示意图 6.2.2.2 楼板上部安装 测试基准应选择楼板外缘边界，且边界下方有墙体支撑。测试基准梁的两端支撑在楼板外缘边界上 部，应具有足够的刚性且不产生附加变形。挠度计安装于基准梁并归零。测试基准梁架
16、设与挠度测量装 置安装示意图见图 3。 基准梁 挠度测量装置 支承梁 三脚平台（平台支脚与楼面紧密接触） 支承梁 待测楼板 挠度计 支撑杆 底座 楼（地）面 待测楼板 LY/T 3218 2020 8 图 3 静载挠度上部测量示意图 6.2.3 施加载荷 采用试验机、恒定质量重物或人施加集中荷载，挠度测量结束后应立即测量重物或人员的质量。 6.2.4 数据记录 如获取楼板中心的挠度，应在楼板中心施加荷载，并记录荷载施加后的挠度。如采用恒定质量重物 或人员，应保证楼板变形在弹性范围，按照荷载 -挠度线性关系确定指定荷载的挠度。 如获取集中载荷下楼板挠度的分布，宜在楼板中心施加荷载。如楼板为搁栅结
17、构，测量每根搁栅跨 中的挠度；如楼板为重型板状结构，测量每块板中心的挠度。亦可通过在每根搁栅跨中或每块板中心依 次施加荷载，测量楼板中心的挠度。 7 试验报告 试验报告内容应包括： a) 标准名称和编号； b) 测试实验室、机构或组织； c) 楼板信息： 1) 测试地点； 2) 楼板构造细节； 3) 测试场所的环境条件， 4) 其他信息，如楼板上方是否有人、家具、内隔墙等，如果有内隔墙，应记录内隔墙的构造 细节、位置以及与楼板的连接方式； 5) 测试楼板平面图，包括搁栅或厚板、内隔墙、支撑的位置及 楼板尺寸； d) 模态测试信息： 1) 激励方式； 2) 如测试楼板上有操作人员，记录操作人员体
18、重； 3) 测试平面图，包括激励位置和传感器位置，如测试楼板上有操作人员，记录操作人员位置； 4) 测量设置，包括平均次数、频率范围和分辨率以及用于时域信号的窗函数类型； 5) 响应传感器的类型、型号、尺寸、重量、频率范围、灵敏度； 6) 传感器安装方法； 7) 激励装置信息，包括类型、型号、尺寸、校准系数、负载和安装方法； e) 模态分析软件的名称及厂商； f) 模态参数： 1) 固有频率和模态阻尼比； 2) 模态振型图； 3) 频响函数图和相干函数图； g) 静载挠度测试： 1) 加载方法、荷载大小和位置； 2) 挠度测量装置的类型、规格和位置。 LY/T 3218 2020 9 附 录
19、A （规范性附录） 楼板一阶固有频率估算方法 对于四边简支的搁栅楼板，可用式（ A.1）估算楼板的一阶固有频率： 0 = 22 + 40 (1) . （ A.1） 式中： fo 楼板的一阶固有频率，单位为 Hz； a 楼板跨度 ，单位为 m； EI 搁栅抗弯刚度，单位为 N m2； S 搁栅间距，单位为 m； n 搁栅总数量； mf 楼面板单位面积质量 ，单位为 kg/m2； mj 搁栅单位长度质量，单位为 kg/m； W0 楼板中心处的附加质量（楼板上操作人员体重），单位为 kg。 对于正交各向异性的平板楼板，可用式（ A.2）估算楼板的一阶固有频率： 0 = 22 +2()2 + ()4 1 ( 40 )+1 . （ A.2） 式中： Dx = 3 12(1) Dy = 3 12(1) H = D1+2Dxy Dxy = 3 12 D1 = Dx vyx Dx、 Dy为抗弯刚度， Dxy为扭转刚度， Ex、 Ey、 Gxy为弹性模量和面内剪切模量（单位为 N/m2）， vxy、 vyx为 泊松比， a、 b、 h为板的长度（ x）、宽度（ y）、厚度（ z）（单位为 m），为板的密度（单位为 kg/m3）， W0为楼板中心处的附加质量（楼板上操作人员体重）（单位为 kg）， Wplate为板的总质量（单位为 kg）。 _
