工程结构试验第章试验设计课时.ppt
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建筑结构试验建筑结构试验SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院课时安排课时安排p第1章结构试验概论(2课时)p第2章结构试验的荷载设备(2课时)p第3章结构试验的数据采集和测量仪器(2课时)p第4章结构试验设计(4课时)p第5章结构单调加载静力试验(2课时)p第6章结构低周反复静力加载试验(2课时)p第7章结构试验现场检测技术(2课时)p第8章结构试验的数据处理(2课时)p试验课时(4学时)p专题:
结构抗震试验(2课时)4.1概述4.2试件设计4.3结构试验的模型设计4.4结构试验荷载设计4.5结构试验的观测设计4.6材料的力学性能与结构试验的关系4.7结构试验大纲和试验基本文件第第44章章试验设计试验设计SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院4.1概述概述p结构试验全过程包括:
试验设计、试验准备、试验实施和试验分析等几部分p结构试验设计定义n对结构试验进行全面的设计与规划n设计的计划和试验大纲对试验起着统管全局和具体指导的作用SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院4.1概述(续)概述(续)p试验设计的主要内容(以简支梁试件设计为对象)n
(1)确定试验参数,结合试验经费与时间,进行试件设计l如适筋梁试验:
强剪弱弯原则、板的抗剪问题、梁截面尺寸的确定、经济配筋率问题n
(2)加载设计l支承条件、加载方式(等弯矩段)、加载设备、加载制度(荷载与位移混合控制)n(3)观测设计lP-、挠度、裂缝、应变、曲率等。
尽可能多地测量内容,充分利用试验SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院4.2试件设计试件设计p缩尺模型与足尺模型n缩尺模型必须满足严格的相似条件。
p试件设计的内容及要求n内容:
试件形状的选择、试件尺寸与数量的确定、构造措施等;n要求:
结构与受力的边界条件、试验的破坏特征、试验的加载条件。
SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院4.2试件设计(续)试件设计(续)p
(一)试件形状n基本原则:
受力条件和边界条件的模拟。
n如框架节点的试验方案,板柱结构的受力特征(板带宽度的选取)p
(二)试件尺寸n尺寸效应(构件与结构)n混凝土抗压强度试验1001001000.951501501501.02002002001.05SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院(三)试件数量(三)试件数量p生产性试验:
按试验任务的要求来确定试件数量p科研性试验:
n单因素:
根据因素的水平数来确定试件数量n多因素:
采用正交试验设计法来进行试验设计并对试验结果进行科学分析n多因素试验存在的问题l全面试验的次数(试件数量)与实际可行的试验次数之间的矛盾。
n个因素,m个水平,则全面试验次数mnl实际所做的少数试验与全面掌握内在规律的要求之间的矛盾SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院(三)试件数量(续)(三)试件数量(续)p正交试验设计:
指利用事先制好的正交表来安排多因素试验,并进行试验结果分析的一种试验设计方法p正交表是正交试验设计法中合理安排试验并对试验结果进行统计分析的一种特殊表格。
p常用正交表有L4(23)、L9(34)、L12(3124)等试验次数因素的水平数因素数SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院(三)试件数量(续)(三)试件数量(续)p正交表的特点(凡符合下列两个特点的表均称为正交表):
n
(1)每一列中,不同的数字出现的次数相等n
(2)任意两列中,将同一横行的数字看成有序数对(左列的数放在前,右列的数放在后)则每种数对出现的次数相等。
如(1、2)(1、1)(2、1)(2、2)各出现一次SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院(三)试件数量(续)(三)试件数量(续)L4(23)正交表正交表水平水平因素因素试件件1231111212232124221完全完全试验的的试件数量件数量因素因素水平水平12345224816323392781243441664256102455251256253125SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院(三)试件数量(续)(三)试件数量(续)L9(34)正交表正交表水平水平因素因素试件件1234111112122231333421235223162312731328321393321SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院(三)试件数量(续)(三)试件数量(续)L12(3124)正交表正交表水平水平因素因素试件件12345121112222121321222422211511122612121711211812212931111103211211312211232222SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院(三)试件数量(续)(三)试件数量(续)p正交试验结果分析直观分析法n目的l
(1)确定各因素的主次关系l
(2)确定各影响因素的最佳水平n具体步骤l
(1)填写评介指标,将每个试件的试验结果填入正交表右栏内l
(2)计算各因素的水平效应值Kmf、Kmf0和极差Rm值l(3)比较各因素的极差R值,根据其大小,列出各因素的主次关系。
R值较大者,即对试验结果的影响较大、即主要因素l(4)比较同一因素下各水平的效应值Kmf,能使指标达到满意值的为较理想的水平值lKmf正交表中m列第f水平相应的指标值之和lKmf0=Kmf,m列第f水平的重复次数lRm,m列中Kmf0的极大值与极小值之差SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院(四)加载与测试对试件设计的要求(四)加载与测试对试件设计的要求p试件支承条件的要求:
试件支承条件的要求:
支承点的水平、局压、支承点的明确(跨度)p试件加载点的要求:
试件加载点的要求:
分配梁(简支梁型式)、局压p试件破坏型式和破坏机制的要求:
试件破坏型式和破坏机制的要求:
如弯与剪的破坏问题、节点与梁柱构件的强度问题、防止粘结滑移的措施p试验测量的要求:
试验测量的要求:
预埋件、预留孔道、预贴应变片p辅助试件的要求:
辅助试件的要求:
试件材料的材性试件、节点或局部结构构件的单体试件SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院2.3结构试验的模型设计结构试验的模型设计p结构模型设计要求按相似理论进行设计,以保证“试验过程与试验结果相似”n几何相似n材料相似n物理相似n荷载相似p科研性试验中常采用小型试件即缩尺模型缩尺模型SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院2.3结构试验的模型设计(续)结构试验的模型设计(续)p相似原理:
研究自然界相似现象的性质和鉴别相似现象的基本原理,由三个相似定理组成:
nn第一相似定理:
第一相似定理:
第一相似定理:
第一相似定理:
彼此相似的现象,单值条件相同,其相似准数也相同,由牛顿在1786年首先提出,它确定了相似现象的性质nn第二相似定理:
第二相似定理:
第二相似定理:
第二相似定理:
某一现象各物理量之间的关系方程式,都可表示为相似准数之间的函数关系。
相似准数常用表示。
第二相似定理也称定理,为模型设计提供了理论基础nn第三相似定理:
第三相似定理:
第三相似定理:
第三相似定理:
现象的单值条件相同,并且由单值条件导出的相似准数相等,是现象彼此相似的充要条件SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院
(一)模型的相似要求和相似常数
(一)模型的相似要求和相似常数p相似常数的独立性p几何相似几何相似几何相似几何相似n要求模型和真型之间所有对应部分尺寸成比例。
Sl(长度)、SA(面积)、Sw(抗弯模量),SI(惯性矩),Sx(位移)、S(应变)p质量相似质量相似质量相似质量相似nSm(质量)、S(比重)p荷载相似荷载相似nSP(集中力)、Sw(面力)、Sq(体力)、SM(弯矩)SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院
(一)模型的相似要求和相似常数
(一)模型的相似要求和相似常数p物理相似物理相似物理相似物理相似nS(应力)、S(剪力)、S(剪切角)、SE(弹性模量)p时间相似时间相似时间相似时间相似nSt,时间相似不是指时刻相似,而是指时刻的间隔相似p边界条件相似边界条件相似边界条件相似边界条件相似n指模型的支承与约束条件相似p初始条件相似初始条件相似初始条件相似初始条件相似n针对动力问题,包括初始位置、位移、速度、加速度等p无量纲量的相似常数均为无量纲量的相似常数均为无量纲量的相似常数均为无量纲量的相似常数均为11SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院
(二)模型设计的相似条件
(二)模型设计的相似条件p按模型设计的相似理论确定相似条件的方法有:
n方程式分析法n量纲分析法p方程式分析法方程式分析法方程式分析法方程式分析法:
已知各参数与物理量的函数关系,并有显式表达式时。
适用于较简单的物理现象p量纲分析法量纲分析法量纲分析法量纲分析法:
对较复杂的物理现象,不能用显式表达来描述各参数与物理量之间的函数关系。
此时,物理参数的合理选择对模型设计具有决定性的作用取决于对该物理现象的正确认识程度SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院
(二)模型设计的相似条件(续)
(二)模型设计的相似条件(续)p1、静力试验模型的相似条件p可见相似常数的数目多于相似条件的数目,模型设计时须预先假设几个相似常数,一般假设几何相似常数几何相似常数Sl和材料相似常数材料相似常数SESuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院
(二)模型设计的相似条件(续)
(二)模型设计的相似条件(续)p考虑自重荷载的模型相似条件n当,此时模型材料很难实现,只能采用附加质量方法,但强度与刚度须保持不变n当材料相当,须提高测量精度SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院
(二)模型设计的相似条件(续)
(二)模型设计的相似条件(续)p2、动力试验模型的相似条件n单自由度体系受迫振动的振动方程p动力模型的相似条件为p自频及周期的相似常数为:
p运动初始条件的相似:
SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院关于重力加速度的相似常数关于重力加速度的相似常数Sgp模型试验中的相似关系:
p当选用Sg=1,而Sl一般(1/2,1/6)之间,SE/S1/2,1/6,这在模型选用材料时很难实现,通常需对材料试级配p当选用材料相同,SES1,则Sg1/Sl,采用附加质量法SuzhouUniversityofScienceandTechnology苏州科技学院3、钢筋混凝土结构和砌体结构试验模型的相似、钢筋混凝土结构和砌体结构试验模型的相似
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