結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)數(shù)據(jù)處理演示文稿

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)數(shù)據(jù)處理演示文稿當(dāng)前1頁，總共68頁。（優(yōu)選）結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)數(shù)據(jù)處理當(dāng)前2頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

常見的模型試驗(yàn)可分為：1）模型試驗(yàn)的目的可分為小結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和相似模型試驗(yàn)。2）按模型試驗(yàn)研究的范圍可分為彈性模型試驗(yàn)、強(qiáng)度模型試驗(yàn)和間接模型試驗(yàn)。3）按模型試驗(yàn)的分析方法可分為定性試驗(yàn)、半分析法試驗(yàn)和定量分析試驗(yàn)。無具體對(duì)應(yīng)原型當(dāng)前3頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

常見的模型試驗(yàn)可分為：4）按試驗(yàn)?zāi)M程度可分為截面模型或節(jié)段模型、局部結(jié)構(gòu)模型和整體模型。5）按試驗(yàn)加載方法可分為靜力模型試驗(yàn)、動(dòng)力模型試驗(yàn)、偽靜力模型試驗(yàn)、擬動(dòng)力模型試驗(yàn)。當(dāng)前4頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似理論“相似”是指原型結(jié)構(gòu)和模型結(jié)構(gòu)的主要物理量相同或成比例1幾何相似矩形截面簡(jiǎn)支梁，原型結(jié)構(gòu)截面尺寸為bp×hp，跨度為L(zhǎng)p，模型結(jié)構(gòu)為bm，hm，Lm。幾何相似可以表達(dá)為：當(dāng)前5頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)1幾何相似對(duì)于幾何相似矩形截面簡(jiǎn)支梁，可以導(dǎo)出下列關(guān)系：當(dāng)前6頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)2質(zhì)量相似模型的質(zhì)量分布與原型的質(zhì)量分布相似：或當(dāng)前7頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)3荷載相似模型和原型在對(duì)應(yīng)部位所受的荷載大小成比例，方向相同集中荷載相似常數(shù)可以表示為：當(dāng)前8頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)3荷載相似模型和原型在對(duì)應(yīng)部位所受的荷載大小成比例，方向相同集中荷載相似常數(shù)可以表示為：

Sσ—應(yīng)力相似常數(shù)，若模型結(jié)構(gòu)應(yīng)力與原型結(jié)構(gòu)應(yīng)力相同，即Sσ＝1，則由上式可以得到SP＝Sl2

當(dāng)前9頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)3荷載相似線荷載相似常數(shù)：面荷載相似常數(shù)：集中力矩荷載相似常數(shù)：當(dāng)前10頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)4應(yīng)力和應(yīng)變相似如果模型和原型采用相同的材料，彈性模量相似常數(shù)SE＝1，模型的應(yīng)力相似常數(shù)和應(yīng)變相似常數(shù)相等。當(dāng)前11頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)5時(shí)間相似

時(shí)間相似常數(shù)

是結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)中的一個(gè)獨(dú)立常數(shù)。6邊界條件和初始條件相似

材料力學(xué)和彈性力學(xué)中，采用微分方程描述結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力，邊界條件和初始條件是求解微分方程的必要條件。

在相似模型中，以長(zhǎng)度米、時(shí)間秒、力牛頓，溫度開爾文和電流安培為物理量的相似常數(shù)稱為基本相似常數(shù)。其余的稱為導(dǎo)出相似常數(shù)。當(dāng)前12頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似定理和量綱分析1相似指標(biāo)

兩個(gè)系統(tǒng)中的相似常數(shù)之間的關(guān)系式稱為相似指標(biāo)，若兩系統(tǒng)相似，則相似指標(biāo)為1。以牛頓第二定律為例：

當(dāng)前13頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似定理和量綱分析1相似指標(biāo)原型：

模型：

因?yàn)樗员仨毜扔?當(dāng)前14頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似定理和量綱分析2相似判據(jù)

又稱相似準(zhǔn)則或相似準(zhǔn)數(shù)，它是由物理量組成的無量綱量

代入相似常數(shù)可得到：當(dāng)前15頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似定理和量綱分析3單值條件單值條件是指決定一個(gè)物理現(xiàn)象基本特性的條件，它使該物理現(xiàn)象從其他眾多物理現(xiàn)象中區(qū)分出來

4相似誤差由于相似條件不能得到完全滿足，由模型試驗(yàn)的結(jié)果推演原型結(jié)構(gòu)性能時(shí)產(chǎn)生的誤差稱為相似誤差

當(dāng)前16頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似定理和量綱分析5相似三定理（1）相似第一定理

彼此相似的現(xiàn)象，單值條件相同，相似判據(jù)的數(shù)值相同

=不變量

表示各物理量之間比例為一常數(shù)。

幾何相似雖然是十分重要的條件但并不是決定模型性能與原型性能相似的唯一條件。單值條件構(gòu)成相似性要求的獨(dú)立條件。當(dāng)前17頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似定理和量綱分析5相似三定理（2）相似第二定理

當(dāng)一物理現(xiàn)象由n個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系來表示，且這些物理量中包含m種基本量綱時(shí)，可以得到（n－m）個(gè)相似判據(jù)

描述物理現(xiàn)象的函數(shù)關(guān)系式：f（x1，x2，…，xn）＝0按照相似第二定理，φ（π1，π2，…，πn-m）＝0利用相似第二定理，將物理方程轉(zhuǎn)換為相似判據(jù)方程。模型和原型的相似判據(jù)都保持相同的π值，π值滿足的關(guān)系式也應(yīng)相同f（πm1，πm2，…，πm(n-m)）＝f（πp1，πp2，…，πp(n-m)）＝0πm1＝πp1，πm2＝πp2，…，πm(n-m)＝πp(n-m)當(dāng)前18頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)簡(jiǎn)支梁承受均布荷載與集中荷載如何得到π關(guān)系式？長(zhǎng)度為L(zhǎng)的簡(jiǎn)支梁，其上作用集中荷載F和均布荷載q。材料力學(xué)可知，梁的跨中截面邊緣應(yīng)力為：W為梁的截面抵抗矩，寫出無量綱方程：當(dāng)前19頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)引入相似常數(shù)，模型簡(jiǎn)支梁和原型簡(jiǎn)支梁的各物理量之間的關(guān)系為：模型簡(jiǎn)支梁和原型簡(jiǎn)支梁的各物理量滿足下列關(guān)系式：將相似常數(shù)表示的關(guān)系代入上列第一式：要使模型與原型相似，一般形式的相似判據(jù)為：當(dāng)前20頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似定理和量綱分析5相似三定理（3）相似第三定理

凡具有同一特性的物理現(xiàn)象，當(dāng)單值條件彼此相似，且由單值條件的物理量所組成的相似判據(jù)在數(shù)值上相等，則這些現(xiàn)象彼此相似

相似第一定理和相似第二定理是判別相似現(xiàn)象的重要法則，他們確定了相似現(xiàn)象的基本性質(zhì)，相似第三定理則確定了物理現(xiàn)象相似的必要和充分條件。三個(gè)定理構(gòu)成了相似理論的基礎(chǔ)。相似第一定理又稱為相似正定理，相似第二定理稱為π定理，相似第三定理又稱為相似逆定理。當(dāng)前21頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)相似定理和量綱分析6量綱分析量綱：

又稱因次，它說明測(cè)量物理量時(shí)所采用的單位的性質(zhì)，一般選擇一組彼此獨(dú)立的量綱為基本量綱，其他物理量的量綱可由基本量綱導(dǎo)出，稱為導(dǎo)出量綱。選長(zhǎng)度、力、時(shí)間為基本量綱，組成力量系統(tǒng)或絕對(duì)系統(tǒng)；選長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間為基本量綱，則組成質(zhì)量系統(tǒng)

當(dāng)前22頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)6量綱分析物理方程的量綱均衡性和齊次性：

量綱均衡性：物理方程中，各項(xiàng)的量綱應(yīng)相等，同名物理量應(yīng)采用同一種單位從數(shù)學(xué)角度對(duì)方程進(jìn)行分析，則可得到正確的物理方程在數(shù)學(xué)上均可表示為齊次方程的結(jié)論，比如：則：整理后得：

當(dāng)前23頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

簡(jiǎn)支梁承受集中荷載作用。梁的跨度為L(zhǎng)，集中荷載為F，彈性模量為E，截面抵抗矩為W，截面慣性矩為I；集中荷載作用點(diǎn)到兩個(gè)支座的距離分別為a和b，截面彎矩為M，截面邊緣應(yīng)力為σ，跨中撓度為f。簡(jiǎn)支梁承受集中荷載舉例分析1當(dāng)前24頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)列出相似關(guān)系Lm＝SLLp，am＝SLap，bm＝SLbp，Wm＝S3LWp，Im＝S4LIp，F(xiàn)m＝SFFp，σm＝Sσσp

簡(jiǎn)支梁在集中荷載作用下，寫出荷載作用點(diǎn)的彎矩、截面邊緣應(yīng)力和撓度的物理方程為：

第1步：第2步：量綱分析舉例1當(dāng)前25頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)在荷載作用點(diǎn)，模型梁和原型梁的截面邊緣應(yīng)力為：表示的相似關(guān)系，可寫為：可得相似指標(biāo)：第3步：代入相似關(guān)系：量綱分析舉例1當(dāng)前26頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)舉例分析2單自由度體系的振動(dòng)微分方程如下：將上式改寫為一般函數(shù)形式：方程中物理量個(gè)數(shù)n＝6，采用絕對(duì)系統(tǒng)，基本量綱數(shù)m＝3，π數(shù)目n－m＝3，則π函數(shù)為：所有物理量參數(shù)組成無量綱形式π數(shù)的一般形式為：

（1）其中，a1，a2，a3，a4，a5，a6為待定的指數(shù)當(dāng)前27頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)舉例分析2根據(jù)各物理量的量綱，上式可寫為：根據(jù)量綱均衡性要求，得到下列方程：

[F]量綱指數(shù)：

a1＋a2＋a3＋a6＝0[L]量綱指數(shù)：－a1－a2－a3＋a4＝0[T]量綱指數(shù)：

2a1＋a2＋a5＝0將上列方程改寫為：由[T]量綱方程得到

a2＝－2a1－a5將上式代入[L]量綱方程

a3＝a1＋a4＋a5再將上列2式代入[F]量綱方程

a6＝－a4當(dāng)前28頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)舉例分析2將（1）式改寫為：a1，a4，a5取不同的值，得到不同的π數(shù)，?。?/p>

a1＝1，a4＝0，a5＝0

a1＝0，a4＝1，a5＝0

a1＝0，a4＝0，a5＝1可以得到3個(gè)獨(dú)立的π數(shù)：

，，根據(jù)相似第二定理，當(dāng)下列條件滿足時(shí)，原型與模型相似：

，，當(dāng)前29頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)的程序?yàn)椋海?）分析試驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅x擇模型基本類型。

縮尺比例大的模型多為彈性模型，強(qiáng)度模型要求模型材料性能與原型材料性能較為接近。（2）對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行理論分析，用分析方程法或量綱分析法得到相似判據(jù)。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能常采用數(shù)值方法計(jì)算，很難得到解析的方程式，多采用量綱分析法確定相似判據(jù)。（3）確定幾何相似常數(shù)和結(jié)構(gòu)模型主要部位尺寸。選擇模型材料。結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)當(dāng)前30頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)的程序?yàn)椋海?）根據(jù)相似條件確定各相似常數(shù)。（5）分析相似誤差，對(duì)相似常數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整。（6）根據(jù)相似第三定理分析相似模型的單值條件，在結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)階段，主要關(guān)注邊界條件和荷載作用點(diǎn)等局部條件。（7）形成模型設(shè)計(jì)技術(shù)文件，包括結(jié)構(gòu)模型施工圖，測(cè)點(diǎn)布置圖，加載裝置圖等。結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)當(dāng)前31頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

線彈性性能是工程結(jié)構(gòu)的主要性能之一。按照線彈性理論，結(jié)構(gòu)所受荷載與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形以及應(yīng)力之間均為線性關(guān)系。對(duì)于由同一種材料組成的結(jié)構(gòu)，影響應(yīng)力大小的因素有荷載F、結(jié)構(gòu)幾何尺寸L和材料的泊松比v，于是，應(yīng)力表達(dá)式可寫為：

σ

＝f（F，L，v）通過量綱分析有：

線彈性結(jié)構(gòu)的相似條件為幾何相似、荷載相似、邊界條件相同，不要求虎克定律相似，但要求泊松比相似，設(shè)計(jì)線彈性相似模型時(shí)：線彈性模型設(shè)計(jì)當(dāng)前32頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力很大程度取決于混凝土和鋼筋的力學(xué)性能。

影響鋼筋混凝土梁的力學(xué)性能因素包括混凝土的力學(xué)性能、鋼筋的力學(xué)性能以及鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能。最難滿足的是裂縫開展階段的相似要求，因?yàn)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的裂縫寬度與鋼筋直徑、鋼筋表面形狀、配筋率、混凝土保護(hù)層厚度等因素有關(guān)。精心設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度模型，可以正確反映原型結(jié)構(gòu)承載能力性能的一些重要特性。幾何相似的混凝土受拉和受壓的應(yīng)力－應(yīng)變曲線；在承載能力極限狀態(tài)，有基本相近的變形能力；多軸應(yīng)力狀態(tài)下，相同的破壞準(zhǔn)則；鋼筋和混凝土之間有相同的粘結(jié)－滑移性能；相同的泊松比。鋼筋混凝土強(qiáng)度模型設(shè)計(jì)當(dāng)前33頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)原型與模型混凝土應(yīng)力—應(yīng)變曲線

由于模型混凝土的強(qiáng)度低于原型混凝土的強(qiáng)度，導(dǎo)致它們的初始彈性模量不同，隨著應(yīng)力增加，混凝土的切線模量也不相同。在相似理論中，這種材料性能的差別導(dǎo)致模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)在性能上的差別，有時(shí)稱為模型的畸變，或稱模型為畸變模型。鋼筋混凝土強(qiáng)度模型設(shè)計(jì)當(dāng)前34頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)類型物理量量

綱理想模型實(shí)際應(yīng)用模型材料性能混凝土應(yīng)力FL-2Ss1混凝土應(yīng)變--11混凝土彈性模量FL-2Ss1混凝土泊松比--11混凝土比重FL-3Ss/Sl1/Sl鋼筋應(yīng)力FL-2Ss1鋼筋應(yīng)變--11鋼筋彈性模量FL-2Ss1粘結(jié)應(yīng)力FL-2Ss1幾何特征線尺寸LSlSl線位移LSlSl角位移--11鋼筋面積L2荷

載集中荷載FSs

線荷載FL-1SsSlSl分布荷載FL-2Ss1彎矩或扭矩FLSs

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度模型的相似常數(shù)當(dāng)前35頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

與混凝土結(jié)構(gòu)相似，砌體結(jié)構(gòu)的性能也與其構(gòu)成尺寸有密切的關(guān)系。砌體結(jié)構(gòu)的縮尺模型試驗(yàn)?zāi)芊穹从吃徒Y(jié)構(gòu)主要性能，關(guān)鍵問題是模型砌體結(jié)構(gòu)中的塊體和灰縫如何模擬。

一般認(rèn)為模型砌體結(jié)構(gòu)的最大縮尺比例不宜超過4，也就是采用1/4比例的模型磚。模型磚的長(zhǎng)度為60mm，大多采用原型磚經(jīng)切割加工而成。1/4比例的混凝土小型砌塊1/4比例的混凝土小型砌塊模型砌體結(jié)構(gòu)

主要目的是抗震性能，如果使磚砌體應(yīng)力-應(yīng)變曲線與原型砌體應(yīng)力-應(yīng)變曲線相似，并使極限應(yīng)變相同，則試驗(yàn)?zāi)康目梢詫?shí)現(xiàn)。砌體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度模型設(shè)計(jì)當(dāng)前36頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)

與結(jié)構(gòu)靜力性能相比，結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能的差別主要因結(jié)構(gòu)本身的慣性作用所引起。懸臂梁的振動(dòng)假設(shè)梁的質(zhì)量全部集中在懸臂梁的端部，因此m＝ρAL，梁的剛度k＝3EI/L3，這個(gè)單自由度體系的固有圓頻率為：假設(shè)模型和原型采用相同的材料，實(shí)測(cè)模型梁的固有圓頻率為ωim，可得原型梁的固有圓頻率為：動(dòng)力結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)當(dāng)前37頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧线x擇應(yīng)考慮一下幾方面的要求：（1）根據(jù)模型試驗(yàn)的目的選擇模型材料。線彈性模型&強(qiáng)度模型（2）模型結(jié)構(gòu)材料滿足相似要求。包括彈性模量、泊松比、容重以及應(yīng)力應(yīng)變曲線。（3）模型材料性能穩(wěn)定且具有良好的加工性能。大比例縮尺模型幾何尺寸較小，模型材料對(duì)環(huán)境敏感性超過原型材料。研究線彈性模型多采用有機(jī)玻璃模型。（4）滿足必要的測(cè)試精度。采用彈性模量低的材料如有機(jī)玻璃材料。模型的材料、制作與試驗(yàn)當(dāng)前38頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)常用金屬材料有鋼鐵、鋁、銅等。（2）無機(jī)高分子材料無機(jī)高分子材料又稱為塑料，包括有機(jī)玻璃、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚氯乙烯等。（3）石膏石膏常用來作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的模型材料，均屬脆性。（4）水泥砂漿與混凝土性能比較接近，常用來制作鋼筋混凝土板、薄殼等結(jié)構(gòu)模型。（5）微混凝土與混凝土主要差別在于混凝土最大粒徑明顯減小。常用模型材料當(dāng)前39頁，總共68頁。，，，

結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)(1)較大尺寸或原型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)前，結(jié)構(gòu)材料性能試驗(yàn)可采用標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法。如混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、鋼筋的抗拉強(qiáng)度等。(2)模型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)環(huán)境有更高的要求。(3)由于模型尺寸縮小、對(duì)測(cè)試儀器加載設(shè)備有更高的精度要求。(4)由于尺寸縮小，模型結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的剛度和強(qiáng)度都遠(yuǎn)小于原型結(jié)構(gòu)。模型試驗(yàn)中注意問題當(dāng)前40頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和轉(zhuǎn)換

測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的表達(dá)方式數(shù)據(jù)擬合

本章內(nèi)容當(dāng)前41頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析一、概述試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理包括：

數(shù)據(jù)的整理和轉(zhuǎn)換；

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析；

數(shù)據(jù)的誤差分析；

處理后數(shù)據(jù)的表達(dá)。當(dāng)前42頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析二、數(shù)據(jù)的整理和轉(zhuǎn)換現(xiàn)代測(cè)試儀器大多采用計(jì)算機(jī)技術(shù)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)整理，就是對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、整理歸納和數(shù)學(xué)變換，得到表示試驗(yàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件性能的曲線和圖表。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的重要性：如應(yīng)變轉(zhuǎn)換成應(yīng)力，動(dòng)態(tài)信號(hào)變換。當(dāng)前43頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析二、數(shù)據(jù)的整理和轉(zhuǎn)換鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁靜載試驗(yàn)3個(gè)點(diǎn)確定圓弧的半徑

梁跨中部為純彎區(qū)段，各截面彎矩相等,各截面的剛度和曲率也相等，純彎區(qū)段變形后應(yīng)形成一段圓弧。利用圓弧上的3個(gè)點(diǎn)，可以確定圓弧的半徑。半徑的倒數(shù)是截面曲率。當(dāng)前44頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析二、數(shù)據(jù)的整理和轉(zhuǎn)換框架結(jié)構(gòu)的變形

框架結(jié)構(gòu)在荷載作用下的變形，試驗(yàn)中量測(cè)了框架在其橫梁位置的水平位移。

在評(píng)價(jià)框架結(jié)構(gòu)抗震性能時(shí)，常用層間變形指標(biāo)。水平位移除以柱的高度，得到弦切角的正切，當(dāng)變形較小時(shí)，有tanθ≈θ。

再利用平衡條件，得到柱的剪力V＝P。這樣，就可以繪出框架的剪力－轉(zhuǎn)角曲線（V－θ曲線）。當(dāng)前45頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析二、數(shù)據(jù)的整理和轉(zhuǎn)換預(yù)應(yīng)力混凝土梁的張拉試驗(yàn)

應(yīng)變式荷載傳感器測(cè)的是應(yīng)變值，通過標(biāo)定可以將應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為力值。為了測(cè)量預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力變化，在預(yù)應(yīng)力錨具前端安裝力傳感器，通過量測(cè)應(yīng)變，就可得到預(yù)應(yīng)力筋的力的變化。在梁、柱等構(gòu)件的試驗(yàn)中，在構(gòu)件的上下邊緣安裝電阻應(yīng)變計(jì)，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)和平截面假定，可以計(jì)算截面的曲率：截面曲率曲率半徑當(dāng)前46頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析三、測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差

測(cè)量誤差定義為：某物理量的試驗(yàn)實(shí)測(cè)值x與該物理量真值xt之間的偏差值δx，即xt＝x±δx。分系統(tǒng)、隨機(jī)和過失誤差。1、儀器誤差

儀器誤差又稱為工具誤差。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中使用的各種傳感器、放大器和顯示記錄設(shè)備的精度總是有限的。2、方法誤差

這種誤差是由于所采用的量測(cè)方法或數(shù)學(xué)處理方法不完善所產(chǎn)生的。當(dāng)前47頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析三、測(cè)試數(shù)據(jù)的誤差3、環(huán)境因素誤差

在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)過程中，儀器儀表以及試驗(yàn)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境發(fā)生變化，而且環(huán)境因素變化對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的影響難以定量估計(jì)時(shí)所導(dǎo)致的測(cè)量誤差。4、操作誤差

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，幾個(gè)層面上可能出現(xiàn)操作誤差。當(dāng)前48頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析隨機(jī)誤差正態(tài)分布曲線

正態(tài)分布曲線稱為正態(tài)分布的概率密度函數(shù)，說明了不同大小的隨機(jī)誤差發(fā)生的概率，隨機(jī)變量在[a,b]區(qū)間取值的概率，

其中，μ和σ分別為隨機(jī)變量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。正態(tài)分布：當(dāng)前49頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析隨機(jī)誤差

按照正態(tài)分布曲線，可以得到隨機(jī)變量x不大于某一定值的概率為：隨機(jī)變量在

范圍內(nèi)取值的概率為99.73%。準(zhǔn)則：正態(tài)分布曲線

正態(tài)分布的基本性質(zhì)由平均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ完全確定。設(shè)在試驗(yàn)中對(duì)某一變量進(jìn)行了n次觀測(cè)，得到觀測(cè)值x1，x2，…，xn，觀測(cè)值的平均值為：當(dāng)前50頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析隨機(jī)誤差每一個(gè)觀測(cè)值的誤差：觀測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差為：具有非零平均值的觀測(cè)值，可引入變異系數(shù)描述數(shù)據(jù)的離散程度：當(dāng)前51頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析誤差的傳遞

由若干個(gè)直接量測(cè)值計(jì)算某一物理量的值。因此，相關(guān)物理量的函數(shù)關(guān)系可以寫為：xi（i＝1,2,…,n）為直接量測(cè)值，y為受xi影響的物理量。

所謂誤差傳遞，是指xi的誤差向y的傳遞。也就是說，從直接量測(cè)值xi的誤差得到y(tǒng)的誤差。當(dāng)前52頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析誤差的傳遞

對(duì)于n個(gè)相互獨(dú)立的試驗(yàn)變量xi，它們的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別記為μi和σi，誤差傳遞公式給出y的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差：當(dāng)前53頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析誤差處理方法

結(jié)構(gòu)試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)中，可能同時(shí)存在系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和過失誤差。試驗(yàn)誤差可認(rèn)為是這三種誤差的組合。

系統(tǒng)誤差：可分為“固定系統(tǒng)誤差”和“可變系統(tǒng)誤差”兩類。

固定的系統(tǒng)誤差：是在某一物理量的全部量測(cè)數(shù)據(jù)始終存在著的一個(gè)數(shù)值大小和符號(hào)保持不變的偏差。如50Hz干擾。

判斷原因：主要是由于測(cè)試方法或儀器儀表方面的缺陷。如百分表安裝不正確，滾動(dòng)鉸支座。當(dāng)前54頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析誤差處理方法

可變系統(tǒng)誤差：表現(xiàn)為累積變化或周期變化，有時(shí)可按某一復(fù)雜規(guī)律變化。

判斷：當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)有規(guī)律地向一個(gè)方向變化，而這種變化趨勢(shì)又與我們根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)所預(yù)測(cè)的變化規(guī)律完全不同時(shí)，可以判斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)中存在累積的系統(tǒng)誤差。如應(yīng)變片溫度補(bǔ)償。當(dāng)前55頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正(1)根據(jù)儀器、儀表或傳感器的標(biāo)定值或標(biāo)定曲線對(duì)實(shí)測(cè)值進(jìn)行修正。(2)荷載試驗(yàn)中，不論是水平加載還是垂直加載，試件的支座或多或少產(chǎn)生位移，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)點(diǎn)支座位移進(jìn)行修正。(3)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的撓度和應(yīng)變一般不包含在測(cè)試數(shù)據(jù)內(nèi)，利用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行評(píng)估，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)自重的影響。當(dāng)前56頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正(4)對(duì)于應(yīng)變測(cè)試中的電阻應(yīng)變計(jì)，除上面提到的靈敏系數(shù)修正外，還應(yīng)考慮導(dǎo)線長(zhǎng)度對(duì)靈敏系數(shù)的修正，垂直于電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵方向上的應(yīng)變對(duì)應(yīng)變計(jì)產(chǎn)生泊松效應(yīng)，也使電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)發(fā)生變化。(5)在結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中，安裝量測(cè)儀表或傳感器的幾何位置與被測(cè)物理量集合位置存在偏差時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正。當(dāng)前57頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析一元線性回歸

試驗(yàn)得到一組數(shù)據(jù)，x1，x2，…，xn，y1，y2，…，yn；根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)初步分析，表明y與x之間大致呈線性關(guān)系。但由于xi和yi都包含了誤差，只能采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法得到x和y之間的線性關(guān)系。x和y之間的線性關(guān)系如下式所示：

式中的a和b為回歸系數(shù)。如何選擇a和b，使與之間的偏差最小。當(dāng)前58頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析一元線性回歸實(shí)際應(yīng)用中，先求，再求a。對(duì)a,b取一階偏導(dǎo)數(shù)，求得a和b，和當(dāng)前59頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析一元線性回歸裂縫間距與縱向受拉鋼筋直徑和配筋率的關(guān)系

實(shí)測(cè)鋼筋混凝土板的裂縫間距與縱向受拉鋼筋直徑和配筋率的關(guān)系，選鋼筋直徑d與配筋率ρ的比值為自變量，裂縫間距為因變量，經(jīng)過線性回歸分析，得到回歸方程lcr=100+0.1d/ρ，相關(guān)系數(shù)為0.71。當(dāng)前60頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析圖形表達(dá)1、曲線圖鋼筋混凝土偏心受壓柱荷載－中點(diǎn)位移曲線簡(jiǎn)支梁荷載－撓度曲線圖形方式最主要的優(yōu)點(diǎn)是直觀明了，更加符合人的思維方式。采用光滑曲線或理論曲線逼近試驗(yàn)點(diǎn)當(dāng)前61頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析曲線圖表示試驗(yàn)結(jié)果的基本要求是：(1)標(biāo)注清楚。包括圖名，圖號(hào)，縱、橫坐標(biāo)軸的物理意義及單位，試件及測(cè)點(diǎn)編號(hào)等都應(yīng)在圖中表示清楚。（2）合理布圖。曲線圖常用直角坐標(biāo)系，選擇合適的坐標(biāo)分度和坐標(biāo)原點(diǎn)。（3）選用合適的線型。對(duì)于離散的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（例如，分級(jí)加載記錄的數(shù)據(jù)），一般用直線連接試驗(yàn)點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)圖中有多條試驗(yàn)曲線時(shí)，可以采用不同的線型，如實(shí)線、虛線、點(diǎn)劃線等。試驗(yàn)點(diǎn)也可采用不同的標(biāo)記，如實(shí)心圓點(diǎn)、空心圓點(diǎn)、三角形等。（4）對(duì)試驗(yàn)曲線給出必要的文字或圖形說明。如加載方式、測(cè)點(diǎn)位置、試驗(yàn)現(xiàn)象或試驗(yàn)中出現(xiàn)異常情況。當(dāng)前62頁，總共68頁。

結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析（1）表格數(shù)據(jù)為二維數(shù)據(jù)格式，它可以精確的給出實(shí)測(cè)的多個(gè)物理量與某一個(gè)物理量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（2）表格可以采用標(biāo)簽方式列舉試驗(yàn)參數(shù)以及對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果。（3）表格給出離散的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試件編號(hào)保護(hù)層厚度碳化深度鋼筋銹蝕狀況描述c1-x1c2-x2x0c1c2x1x2A635.042.026.3329.00基本未銹，局部銹跡8.6713.008.67A922.440.07.2316.70基本未銹，局部銹跡15.1723.3015.17A3340.043.07.3316.67基本未銹，局部肋有銹跡32.6725.3325.33A4329.