结构模型试验
大型结构试验模型相似理论分析与推导-xieshen
~rn =
i =l
! miS 2 + CiS
ri! ni !
以得到 C!= C ~ 。 由前面得出的相似判据 " 、5 、 可得： " l " 7
C ~RI =
l = C! I Cl C E
（ l4 ）
ri! ni ! ， 所以有： 2 - mi#
（#"# ， 因此可将（ 式简化为 ~rn = 3 ）模态质量。由于模型桥的频率比较低 l3 ） i ）
!
性模量和密度的要求较严格， 需要满足的条件是 C E／ （CgCP）= Cl 。因实桥和模型桥处于同一重力场 中， 故有： Cg = 1 ，
C E／ CP = Cl
联立相似判据 K 由式 （ 7） 2 得：
（ 7） （ 8）
CG = ! C E／ Cl ／ CP 由以上相似判据可得动力学理想模型的相似常数：
［ ］ 型的尺寸， 并把结构的轴向刚度和弯曲刚度即 EA 、 EI 和E W 作为复合物理量来确定相似关系 2 。 ! ." 静力相似准则的确定
本模型作为弹性模型设计， 首先需确定相似常数 （包括几何相似常数 C L 和弹性模量相似常数C E ） ， 通过量纲分析的方 而其它的物理量相似常数都是 C L 和C E 的函数。对于其它的物理量的相似常数， 法， 可以得到：
a L F O E
LT 2 L F LT -1 FL -2
量纲矩阵为：
a
b d
c W
0 0 -1
d
e
f a
g l
0 1 0
h F
1 0 0
l O
0 1 -1
m E
1 -2 0
F L T
实验结构模型试验
SK
SP Sx
S SL2 SL
S SL
时间相似：动力学问题中，要求模型和原型的速度、加速度在对应的
时刻成比例，与其相应的时间也成比例；
St
t1m t1P
t2m t2 p
t3m t3P
边界条件相似：模型的支承和约束条件可以由与真型结构构造相同的
条件来满足和保证；
初始条件相似：动力学问题，包括：初始几何位置、质点位移、速
Sw SL S
面荷载相似常数：
Sq S
弯矩或扭矩相似常数：
SM SL3S
物理相似：要求模型与真型的各相应点的应力和应变、刚度和变形间的 关系相似；
正应力相似常数： 剪应力相似常数： 泊松比相似常数：
刚度相似常数：
S
m P
Em m EP P
SE S
S
m P
Gm m GP P
SGS
S
m P
几何相似
长度相似常数
面积、截面模量、惯性S矩L 相 似llmp常数bbmp
hm hp
m、p表示模型和真型
SA SL2
SW
S
3 L
S
位移、长度、应变之间关系，位移相似常数
I
S
4 L
Sx
xm xp
mlm plp
S SL
质量相似：在结构动力学问题中，要求模型与真型结构对应部分的质量成比例
Sm
m1m m1 p
模型试验与足尺结构试验相比，有一下特点： （1）经济性好； （2）数据准确； （3）针对性强； （4）可以在实验室内进行大型结构和整体结构的模型试验。
鉴于模型试验的以上特点，模型试验广泛用于验证和发展结 构设计理论，检验计算分析结果的准确性。
电大建筑结构试验试题及答案
电大建筑结构试验试题及答案建筑结构试验期末复资料1.建筑结构模型试验的优点包括制作较真实结构复杂，技术要求更高等，选项为A。
2.通过试验鉴定结构的施工不属于科学研究性试验，选项为D。
3.结构试验可按试验目的进行分类，分为生产检验性和可续也研究性试验，选项为A。
4.发展和推广新结构、新材料与新工艺提供实践经验不属于生产检验性试验，选项为A。
5.静力试验的最大优点是所有加载设备相对简单，荷载逐级施加，可以停下来仔细观测结构变形，给人们以最明晰的破坏概念，选项为C。
6.为了了解结构的动力特性及在动力荷载作用下的响应，一般要进行结构动力试验，选项为D。
7.液压加载的原理清晰，加载设备操作简单方便、安全可靠，能产生较大的荷载，而且荷载容易控制、准确、稳定，并能实现多点同步加载，选项为A。
8.激振器加载法属于选项C。
9.电液伺服动作和控制系统可以完成结构静载试验、结构动载试验、结构低周期疲劳试验、模拟地震试验，选项为D。
10.电液伺服加载系统的投资较大，维修费用较高，使用条件比较苛刻，对试验人员的试验技能要求较高，因此，它的使用受到一定限制，选项为A。
11.固定铰支座允许试验结构在三个方向上产生转动，支座反力使试验结构出于单项受压荷载作用，选项为D。
12.活动球铰座有五个自由度，选项为A。
13.重物加载可直接置于结构或构件表面，实现均布荷载的加载，或通过荷载料盘和杠杆机构形成集中荷载的加载方式，选项为B。
14.荷载支承装置具有足够的强度和刚度，才能胜任工作，保证试验顺利进行，选项为C。
15.分配梁的功能是将加载装置施加的集中荷载按一定比例分配成两个集中荷载，选项为C。
16.贴电阻应变片处的应变为1000με，电阻应变片的灵敏系数K=2.0，在这个电阻应变片上应产生的电阻变化率为0.2%，选项为A。
17.电阻应变片的测量信号是频率信号，所以测量不受长距离导线影响，而且抗干扰能力较强，对测试环境要求较低，因此特别适用于长期监测和现场测量，选项为A。
结构试验的模型
结构试验的模型引言：结构试验是工程领域中一项重要的技术手段，通过对结构物进行实验，可以评估其力学性能和安全性能，为设计和施工提供依据。
本文将以结构试验的模型为标题，探讨结构试验的模型种类、应用范围以及其在工程实践中的重要性。
一、结构试验的模型种类1.缩尺模型试验缩尺模型试验是指将原结构按比例缩小后进行试验，一般采用模型比例尺为1:10或1:20。
这种试验方式可以在较小的空间内进行，成本相对较低。
常见的缩尺模型试验包括风洞试验、水槽试验等。
2.全尺寸模型试验全尺寸模型试验是指直接对原结构进行试验，模拟实际工况下的受力情况。
这种试验方式更加接近实际工程情况，结果更加准确可靠。
全尺寸模型试验适用于大型桥梁、高层建筑等工程结构的试验研究。
3.数字模拟试验数字模拟试验是利用计算机软件对结构进行数值模拟，通过建立结构的数学模型，模拟各种受力情况下的响应。
这种试验方式具有灵活性高、成本低等优点，适用于复杂结构的试验分析。
二、结构试验模型的应用范围1.土木工程领域结构试验模型在土木工程领域中有广泛的应用。
例如，在桥梁设计中，通过缩尺模型试验可以评估桥梁的抗风性能、抗震性能等；在地基工程中，通过全尺寸模型试验可以评估地基承载力、沉降性能等。
2.建筑工程领域结构试验模型在建筑工程领域中也有重要的应用。
例如，在高层建筑设计中，通过缩尺模型试验可以评估结构的抗风性能、抗震性能等；在节能建筑设计中，通过数字模拟试验可以评估建筑的能耗情况。
3.机械工程领域结构试验模型在机械工程领域中也有一定的应用。
例如，在汽车设计中，通过全尺寸模型试验可以评估车身刚度、碰撞安全性等；在机械设备设计中，通过数字模拟试验可以评估设备的振动性能、疲劳寿命等。
三、结构试验模型的重要性1.验证设计方案结构试验模型可以验证工程设计方案的合理性和可行性。
通过试验可以评估结构的受力情况和变形情况，发现设计中存在的问题，并进行相应的改进。
2.优化结构设计结构试验模型可以帮助优化结构设计。
分子结构模型的构建及优化计算
分子结构模型的构建及优化计算分子结构模型的构建是化学研究和计算化学领域的重要一环，对于理解分子的性质和行为具有重要意义。
优化计算则是对构建的分子结构模型进行调整和优化，以求得最稳定和最符合实验结果的结构体系。
本文将介绍分子结构模型的构建方法以及常用的分子结构优化计算方法。
一、分子结构模型的构建1.实验室试验方法：实验室试验方法通过实验手段确定分子的构型和结构。
常用的实验方法包括谱学方法（如红外光谱、拉曼光谱、核磁共振等）、X射线方法和电子显微镜等。
这些实验方法可以提供分子的一些基本信息，例如键长、键角、晶胞参数等。
不过该方法需要实验设备和实验条件，有时也受到实验技术的限制。
2. 理论计算方法：理论计算方法主要通过量子力学计算、分子力学模拟和分子动力学模拟等，从基本粒子的角度计算分子的结构和性质。
在量子力学计算中，常用的方法有Hartree-Fock（HF）方法、密度泛函理论（DFT）方法、紧束缚模型（TB）方法等。
在分子力学模拟和分子动力学模拟中，常用的方法有分子力学（MM）方法、分子动力学（MD）方法等。
二、分子结构优化计算分子结构优化计算是对构建的分子结构模型进行调整和优化的过程，以找到最稳定和最符合实验结果的结构体系。
1.线性规划方法：线性规划方法是寻找一个解向量，使得目标函数最小或最大。
在分子结构优化计算中，可以通过线性规划方法来优化分子结构的内部参数，如键长、键角等。
2. Monte Carlo方法：Monte Carlo方法是一种通过随机抽样的方式来进行优化计算的方法。
在分子结构优化计算中，Monte Carlo方法可以通过随机调整分子的内部参数，以整个构象空间，寻找最稳定的构象。
3.遗传算法：遗传算法是通过模拟生物进化过程来进行优化计算的方法。
在分子结构优化计算中，可以将每一个分子结构看作一个个体，通过交叉、变异等操作模拟自然选择，以寻找最优解。
4.分子动力学模拟：分子动力学模拟是通过求解分子的运动方程，模拟分子的运动和变化过程。
水工结构模型实验指导书
水工结构模型实验指导书水工结构静力模型实验指导书２００５年６月２０日水工结构静力模型实验指导书一、课程性质和目的：（1）水工结构模型试验所谓水工结构模型试验就是将原型以某一比例关系缩小成模型，然后向该模型施加与原型相关的荷载，根据从模型上获得的信息如应变位移等，通过一定的相似关系推出原型建筑物在应力、变形强度等成果。
（2）进行水工结构模型试验的目的和意义水工建筑物因其受力特征、几何形状、边界条件等均较复杂，特别是修建在复杂地基上建筑物更为如此，尽管计算机技术和空间有限元等正迅速发展，但目前还不能用理论分析方法完美地解决建筑物的稳定和应力问题，因此模型试验作为一种研究手段更具有重要的意义，可归纳成如几个方面：1．通过对水工建筑物的模型试验研究可以验证理论设计，国内外大型和重要的水工建筑物的设计，都同时要求进行计算分析和试验分析，以期达到互相验证的目的。
2．通过对原型结构的模拟试验，预测水工建筑物完建后的运行情况以及抵御事故的能力。
3．由于物理模型是对实际结构性态的模拟，在模型上还有可能出现原先未知而又实际存在的某些现象，因此模型试验研究不仅仅是对数理分析方法的验证，而且是获得更丰富切合实际的资料的积极探索，所以进行水工结构模型试验目的也是更好地探索新理论、新材料、新技术、新工艺的一种手段。
（3）结构模型试验研究的主要内容：a. 大型水工建筑物的整体应力及变形问题。
b. 结构物之间的联合作用问题。
c. 地下结构的应力与稳定问题。
d. 大坝安全度及破坏机理问题。
e. 水工结构的动力特性问题。
f. 验证新理论、新方法、新材料、新工艺等。
（4）模型试验的分类方法①按建筑物的模拟范围和受力状态分类a. 整体结构模型试验：研究整体建筑物在空间力系作用下的强度或稳定问题。
b. 平面结构模型试验：研究结构单位长度断面在平面力系作用下的强度和稳定问题，如重力坝坝段平面结构模型试验就是研究重力坝在水荷载作用下的应力和变形。
第五章模型试验
第五章模型试验5.1概述结构试验模型，是仿照原型（真实结构）并按照一定比例关系复制而成，它具有原型的全部或部分特征。
通过对模型的试验，可以得到与原型相似的工作情况，从而可以对原型的结构性能进行了解和研究。
模型试验的主要问题是如何设计模型。
为了使模型试验的结果能与原型联系起来，进行模型设计时必须遵循一定的规律，即应根据相似理论来设计模型。
相似理论是研究相似现象性质和鉴别相似现象的一门科学，它提供了确定相似判据的方法，是指导模型试验、整理试验结果并把这些试验结果推广到原型上去的理论。
(1)为验证一种新的理论，这种试验有时不可能在真实结构上进行（例如破坏性试验或地震反应试验），或不宜在真实结构上进行（例如要求改变某些参数、研究不同条件下某一因素的影响），这时需要模型试验。
(2)为检验设计或提供设计依据，设计比较复杂的结构或新型结构时，往往对计算结果没有把握，必须依靠模型试验来判断所设计结构物的性能。
并把试验结果应用到该设计中去。
5.2相似定理1.相似第一定理—相似现象的性质几何学中的图形相似是指它们相应角的大小相等、相应点之间的距离成比例。
而两个物理现象的相似是指两个现象具有相同物理性质的变化过程，而且两个现象中对应的同名物理量之间有固定的比例常数。
结构模型试验就是根据物理现象的规律，用模型试验来模拟原型结构的实际工作情况，再根据模型试验的结果来反推原型结构的某些特性下面通过分析两个质点系的动力相似，说明相似第一定理的内容两个质点系的质量为：m1，m2, …,m i，…m nM1，M2…，M i，…M n称 为相似判据。
相似第一定理为：相似现象的相似指标等于1，或者相似判据相等。
相似第一定理说明相似现象的基本性质，相似判据相等是两个相似现象的必要条件。
相似判据把两个相似现象中的物理量联系起来，以判别两个现象是否相似并把某一现象研究所得的结果推广应用到另一相似现象中去、2.相似第二定理－相似判据的确定相似第一定理指出了相似现象必须满足的条件—相似判据相等，相似第二定理则指出了确定相似判据的方法1)方程式分析法研究现象中的各物理量之间的关系可以用方程式表达时，可以用表达这一物理现象的方程式导出相似判据。
结构动力模型试验相似理论及其验证
结构动力模型试验相似理论及其验证一、本文概述《结构动力模型试验相似理论及其验证》这篇文章主要探讨结构动力模型试验中的相似理论及其应用。
结构动力模型试验是土木工程领域常用的一种研究方法，通过构建实际结构的小比例模型，在实验室环境下模拟结构在动力荷载作用下的响应，以研究结构的动力性能和抗震性能。
相似理论作为结构动力模型试验的基础，为模型设计和试验结果的解读提供了重要的理论依据。
本文首先介绍了结构动力模型试验的基本原理和方法，阐述了相似理论在模型设计中的重要性和必要性。
接着，文章详细阐述了相似理论的基本概念和原则，包括几何相似、运动相似、动力相似等方面，为后续的模型设计和试验验证提供了理论基础。
在此基础上，文章通过具体的案例分析和试验验证，探讨了相似理论在结构动力模型试验中的应用。
通过对不同比例模型的试验结果进行对比分析，验证了相似理论的正确性和有效性。
文章还探讨了相似理论在实际应用中的限制和影响因素，提出了相应的改进措施和建议。
本文旨在深入探讨结构动力模型试验中的相似理论及其应用，为土木工程领域的相关研究提供有益的参考和借鉴。
通过本文的研究，可以更好地理解和应用相似理论，提高结构动力模型试验的准确性和可靠性，为土木工程结构的动力性能分析和抗震设计提供有力的支持。
二、相似理论基础相似理论是结构动力模型试验的理论基础，其核心在于通过构建与实际结构在几何、材料、边界条件等方面相似的模型，以预测实际结构的动力行为。
该理论建立在量纲分析的基础之上，通过导出相似准则，为模型设计和试验条件的确定提供了指导。
在相似理论中，相似准则是判断模型与实际结构是否相似的关键。
这些准则包括几何相似、运动相似、动力相似等。
几何相似要求模型与实际结构在尺寸上具有相似的比例；运动相似则要求模型与实际结构在对应点的运动轨迹相似；动力相似则要求模型与实际结构在受力、变形、加速度等方面具有相似的特性。
为了实现这些相似准则，需要在模型设计和制作过程中，对材料的物理性能、加载条件、边界约束等进行控制。
第7章 土木工程结构模型试验ppt课件
• 2.第二相似定理：
• 某一现象各物理量之间的关系方程式，都可以表 示为相似准数之间的函数关系。
3.第三相似定理：
现象的单值条件相似，并且由单值条件导 出来的相似准数的数值相等，是现象彼此 的充分和必要条件。
7.3相似条件的确定方法
如果模型和真型相似，则它们的相似常数之间必 须满足一定的组合关系，这个组合关系称为相似 条件。在进行模型设计时，必须首先根据相似原 理确定相似指标或相似条件。
量纲间的相互关系：
1．两个物理量相等，是指不仅数值相等，而且量纲 也要相同。 2．两个同量纲参数的比值是无量纲参数，其值不随 所取单位的大小而变。 3．一个完整的物理方程式中，各项的量纲必须相同， 因此方程才能用加、减并用等号联系起来。这一性质 称为量纲和谐。 4．导出量纲可和基本量纲组成无量纲组合，但基本 量纲之间不能组成无量纲组合。 5．若在一个物理方程中共有n个物理参数x1,x2,x3, x4……xn和k个基本量纲，则可组成(n-k)个独立的无量纲 组合。无量纲参数组合简称“π数”。
常用的物理量的量纲表示法 表7-1
物理量 长度 时间 质量 力 温度 速度 加速度 角度 角速度 角加速度 压强、应力 力矩 能量、热 冲力 功率 质量系统 [L] [T] [M] [MLT-2] [θ ] [LT-1] [LT-2] [1] [T-1] [T-2] [ML-1T-2] [ML2T-2] [ML2T-2] [MLT-1] [ML2T-3] 绝对系统 [L] [T] [FL-1T2] [F] [θ] [LT-1] [LT-2] [1] [T-1] [T-2] [FL-2] [FL] [FL] [FT] [FLT-1] 物理量 面积二次矩 质量惯性矩 表面张力 应变 比重 密度 弹性模量 泊松比 动力粘度 运动粘度 线热胀系数 导热率 比热 热容量 导热系数 质量系统 [L4] [ML2] [MT-2] [1] [ML-2T-2] [ML-3] [ML-1T-2] [1] [ML-1T-1] [L2T-1] [θ-1] [MLT-3θ-1] [L2T-2θ-1] [ML-1T-2θ-1] [MT-3θ-1] 绝对系统 [L4] [FLT2] [FL-1] [1] [FL-3] [FL-4T2] [FL-2] [1] [FL-2T] [L2T-1] [θ-1] [FT-1θ-1] [L2T-2θ-1] [FL-2θ-1] [FL-1T-1θ-1]
钢桥结构模型的承载力试验报告
钢桥结构模型的承载力试验报告
报告标题：钢桥结构模型的承载力试验报告
试验目的：本试验旨在测试钢桥结构模型的承载能力，以确认其设计是否符合实际需求。
试验方法：本试验采用静载试验法，首先利用专业设备在桥梁两端分别施加等量的荷载，并通过测量仪器实时记录钢桥的变形和位移信息。
在不同负荷下，分析并记录结构变形、裂缝、变位等实验数据，以判断其承载能力。
试验结果：根据试验数据统计和理论分析，钢桥结构模型的承载力约为X吨，此数值超过设计标准，表明设计结构具备较高的安全强度。
结论：经过本次试验证明，钢桥结构模型设计符合实际需要，能够承受具体的负载。
需要指出的是，在实际应用中，还需要考虑到气候条件和使用环境等因素的影响，综合分析进行优化设计。
建议：对于今后而言，可以在使用范围、使用环境、荷载等方面对钢桥结构模型进行优化设计，以更好地满足实际需求。
此外，对于已使用的老旧钢桥，也需进行定期检测，为其维护和修复提供必要的数据支持。
水工结构模型试验
水工结构模型试验一、背景水工结构是指与水相关的结构工程，例如防洪工程、堤防、水闸、引水渠、涵洞等。
由于水工结构的特殊性质，其模型试验十分重要，模型试验能够帮助人们更好地了解水工结构的性能，并对其进行优化改进。
二、试验目的本次试验的目的是通过对水工结构模型进行试验，来了解其在不同条件下的性能表现。
具体试验目标如下：•了解不同流量下，水工结构的承载力和稳定性情况；•了解不同温度下，水工结构的承载力和稳定性情况；•了解不同角度下，水工结构的水流流向变化情况。
三、试验内容本次试验将通过搭建水工结构模型，模拟不同流量、温度和角度下的试验环境，具体试验内容如下：1.搭建水工结构模型首先，我们需要搭建水工结构模型。
模型需要具备较好的可重复性，以便在不同试验条件下进行多次试验并比对。
模型需要重点考虑的因素包括：材料的选取、模型的尺寸、模型的制作工艺等。
2.不同流量下的试验在完成水工结构模型搭建后，我们将根据不同流量的要求进行试验。
试验过程中，我们需要记录结构的承载力和稳定性情况，并在不同流量下进行试验结果的比对分析。
3.不同温度下的试验除了不同流量外，温度也是影响水工结构性能的一个重要因素。
因此，我们还将在不同温度下进行试验。
试验过程和流量试验类似，利用试验结果对结构的性能进行分析和比较。
4.不同角度下的试验为了更好地了解水流对于水工结构的影响，我们还将对不同角度下的试验进行研究。
在不同角度下进行试验，并记录水流流向变化情况，以此对结构的性能进行分析和比较。
四、试验结果试验结果将包括不同流量、温度和角度下的试验数据和分析报告。
通过分析试验结果，我们将得出，并对水工结构的改进提出建设性的意见和建议。
五、通过对水工结构模型试验的实施，我们能够充分了解水工结构的性能和特点，为其优化和改进提供了科学依据。
同时，试验过程中还需要注意安全和环保，确保试验过程的顺利进行。
以上是本次试验的预期目标和具体试验内容，希望我们能够顺利完成试验，并取得满意的试验结果。
结构模型检验操作
结构模型检验操作
结构模型检验操作主要是为了验证结构模型的设计和计算是否正确，是否符合相关的设计规范和标准。
以下是一些可能包含的内容：
1. 模型设计：根据结构设计的图纸和要求，制作出结构模型。
2. 材料选择：选择符合设计要求的材料，如木材、金属、塑料等。
3. 模型制作：按照设计图纸，使用选择好的材料制作出结构模型。
4. 模型检验：对制作的模型进行检查，看是否符合设计要求，如尺寸、形状、材料等。
5. 加载试验：对模型进行加载试验，观察模型在负载下的反应，如变形、断裂等。
6. 数据分析：根据试验结果，分析模型的性能，如强度、稳定性、耐久性等。
7. 结果评估：根据试验结果和数据分析，评估模型的设计和计算是否正确，是否符合相关的设计规范和标准。
以上只是一套可能的结构模型检验操作的内容，具体的内容可能会根据结构的设计要求和试验设备进行调整。
简述结构试验测读应注意的问题
简述结构试验测读应注意的问题为了更好地帮助您理解结构试验测读应注意的问题，我将从简到繁、由浅入深地探讨这个主题。
一、结构试验测读的概念结构试验是指通过物理试验的方法，对工程结构在静、动力荷载作用下的变形、破坏及承载能力进行测定的一种手段。
结构试验测读是对结构试验结果进行分析和解读的过程。
在进行结构试验测读时，需要注意一些问题，以确保测读结果的准确性和可靠性。
二、结构试验测读应注意的问题1. 测量设备的准确性和稳定性：在进行结构试验时，需要使用各种测量设备对结构的变形、应力、位移等参数进行测量。
测量设备的准确性和稳定性直接影响着试验结果的可信度。
在进行试验前，需要对测量设备进行校准，确保其准确度达到要求，并在试验过程中保持设备的稳定性。
2. 试验过程中的环境干扰：结构试验往往需要在实验室或其他特定环境中进行，而这些环境可能受到温度、湿度、振动等因素的影响。
这些环境因素可能会对试验结果产生干扰，因此在进行试验时需要对环境因素进行监测和控制，以确保试验结果的准确性。
3. 试验数据的处理和分析：进行结构试验后，需要对试验数据进行处理和分析，以获取结构的性能参数和响应特性。
在进行数据处理和分析时，需要注意数据的准确性和可靠性，并结合结构的工作原理和应力分布规律进行合理的数据解读。
4. 结构模型的简化和假设：在进行结构试验测读时，通常需要对结构进行简化和假设，以便进行理论分析和计算。
然而，结构模型的简化和假设可能会对试验结果产生影响，因此需要对简化和假设进行合理性验证，并在试验结果中进行修正。
5. 结构试验结果的可靠性验证：结构试验结果的可靠性验证是结构试验测读的关键环节。
在进行试验结果的可靠性验证时，需要将试验结果与理论分析结果进行比较，并进行合理的验证和修正，以确保试验结果的可靠性和准确性。
三、结构试验测读的个人观点和理解结构试验测读是结构工程领域中非常重要的一部分，通过对结构试验结果的分析和解读，可以更好地了解结构的工作性能和响应特性，为工程设计和结构优化提供重要参考。
第五章相似理论与结构模型试验
第五章相似理论与结构模型试验1.引言在工程设计和实验研究中，通常无法进行真实比例的试验，因此需要采用相似理论和结构模型来进行模拟和预测。
相似理论是根据物体的物理和几何属性之间的相似关系进行推导和分析。
结构模型是将实际系统缩小比例而制成的模型，通过对模型进行试验，可以得到实际系统的响应和行为。
2.相似理论相似理论是将实际系统的物理和几何属性与模型的物理和几何属性之间的相似关系进行研究和描述的理论。
根据相似理论，可以得到各种物理量之间的关系，并且可以根据这些关系对实际系统进行预测和分析。
相似理论主要分为几何相似性、动力相似性和物理相似性。
2.1几何相似性几何相似性是指实际系统和模型之间的几何形状和尺寸之间的相似关系。
根据几何相似理论，可以得到实际系统和模型之间的比例关系，并根据这些比例关系对实际系统进行预测和分析。
例如，在建筑工程中，通常采用比例模型来对建筑结构进行模拟和预测。
2.2动力相似性动力相似性是指实际系统和模型之间的动力响应和行为之间的相似关系。
根据动力相似理论，可以得到实际系统和模型之间的动力特性之间的关系，并根据这些关系对实际系统进行预测和分析。
例如，在风洞实验中，通常采用比例模型来对空气动力学特性进行研究和分析。
2.3物理相似性物理相似性是指实际系统和模型之间的物理属性之间的相似关系。
根据物理相似理论，可以得到实际系统和模型之间的物理量之间的关系，并根据这些关系对实际系统进行预测和分析。
例如，在流体力学实验中，通常采用模型来对流体的流动行为进行模拟和预测。
结构模型试验是指将实际系统缩小比例而制成的模型进行试验和分析。
通过对结构模型进行试验，可以得到实际系统的响应和行为，并对实际系统进行评估和优化。
3.1模型制备在结构模型试验中，首先需要制备结构模型。
根据相似理论，可以确定结构模型的几何形状和尺寸，同时需要选择合适的材料和制备工艺。
模型制备通常采用加工、焊接等技术，以保证模型的质量和精度。
简述水工结构模型试验
简述水工结构模型试验
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水工结构模型试验简述如下：
①理论分析：基于水力学原理，分析水工结构的工作特性和受力情况。
②模型设计：按照相似理论，设计模型的比例、材料和几何形状，确保物理相似性。
③模型制作：精心制作模型，包括结构主体、边界条件和测量装置，保证精度。
④试验准备：安装传感器、摄像头等测量设备，设定试验条件，如水流速度、水位等。
⑤数据采集：在控制条件下进行试验，记录流体动力学参数，如压力、流速和波浪特性。
⑥数据分析：处理试验数据，对比理论预测和实际结果，评估模型的准确性。
⑦结果验证：通过反复试验，验证水工结构的设计是否满足安全、经济和功能要求。
⑧报告编写：整理试验数据和分析结果，撰写详细的试验报告，提出优化建议。
结构模型破坏试验
疲劳试验
反复施加一定幅度的循环 载荷，模拟结构在长期使 用过程中的性能退化。
试验步骤
建立模型
根据实际结构建立比例或等效的结构模型。
加荷装置设计
设计合适的加荷装置，确保施加的外力能够均 匀传递至结构模型。
安装与固定
将结构模型安装至试验装置中，确保其稳定性和 安全性。
数据采集系统
设置数据采集系统，实时监测结构模型的响应和变 形情况。
加载与测试
按照预设的试验方法施加外力，观察并记录结构 模型的响应和破坏过程。
结果分析
根据采集的数据，分析结构模型的性能表现和失效模式 ，评估其承载能力和安全性。
2023
PART 03
试验结果分析
REPORTING
试验数据收集
试验前准备
确保试验场地安全、设备 齐全，对试验模型进行详 细检查，确保其符合试验 要求。
REPORTING
材料优化设计
基于结构模型破坏试验结果，可以对材料进行优化设计，提高材料的 强度、刚度和耐久性等性能指标。
灾害模拟与预测
灾害场景模拟
通过结构模型破坏试验， 可以模拟地震、风灾、 爆炸等灾害对工程结构 的影响，为灾害防控和 应急救援提供依据。
灾害风险评估
基于结构模型破坏试验 结果，可以对灾害风险 进行评估和预测，为灾 害预警和减灾措施的制 定提供支持。
确定结构参数
通过结构模型破坏试验，可以确定工程结构的关 键参数，如截面尺寸、材料强度等，为实际工程 设计提供依据。
材料性能研究
探索材料特性
通过结构模型破坏试验，可以深入了解材料的力学性能和破坏机理， 为新材料的研发和应用提供理论支持。
材料性能评估
通过对比不同材料的结构模型破坏试验结果，可以对材料的性能进 行评估和比较，为工程材料的选择提供依据。
第四章 工程结构模型试验(3)
第四章工程结构模型试验一、单项选择题1. 在工程结构模型试验中，以下哪个因素是模型设计时必须考虑的相似指标？（）A. 模型重量B. 模型与原型之间的温度差C. 模型的色泽D. 模型的几何尺寸与原型几何尺寸的比值答案：D2. 在进行模型试验时，若原型结构的材料为钢材，模型应选择哪种类型的材料以保持材料相似？（）A. 钢材B. 铝材C. 塑料D. 木材答案：A3. 工程结构模型试验中，下列哪个因素不直接影响模型的相似性？（）A. 相似常数的选择B. 模型制作精度C. 模型试验的加载方式D. 模型的美观程度答案：D二、填空题1. 工程结构模型试验中，相似条件包括____、____、____，以及原型和模型的____。
答案：几何相似、材料相似、荷载相似、边界条件相似2. 在模型试验中，为了保证试验结果的可靠性，需要采用____和____两种方法对模型进行校准。
答案：静态校准、动态校准三、名词解释1. 相似准则：在模型试验中，用来描述原型与模型之间相似关系的数学表达式。
2. 反演法：在模型试验中，通过改变模型的某些参数，反推原型结构响应的方法。
3. 动态模型试验：模拟原型结构在动力荷载作用下的响应的模型试验。
四、简答题1. 简述在工程结构模型试验中，如何确定模型的边界条件。
答：确定模型的边界条件通常包括以下步骤：1）分析原型结构的边界条件，包括支座类型、连接方式等；2）根据相似条件，确定模型边界条件的比例关系；3）在模型上模拟原型结构的边界条件，确保模型与原型的边界条件相似。
2. 简述动态模型试验的意义及其在工程中的应用。
答：动态模型试验的意义在于能够模拟原型结构在动力荷载作用下的响应，如地震、风载等。
其在工程中的应用包括：1）评估结构在动力荷载下的安全性能；2）验证结构设计中的动力特性分析；3）为结构的动力优化设计提供依据。
五、设计与计算题1. 某原型框架结构，柱子截面尺寸为500mm×500mm，主筋直径为25mm。
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结构模型的分类
• 间接模型试验的目的是要得到关于结构整体性 的反应如内力在各构件的分布情况、影响线等。 因此，间接模型并不要求和原型结构直接的相 似。例如框架结构的内力分布主要取决于梁、 柱等构件之间的刚度比，因此，构件的截面形 状、材料等不必要求直接与原型相似，为便于 制作，可采用圆形截面或型钢截面代替原型结 构构件的实际截面。随着计算技术的发展，许 多情况下间接模型试验完全可由计算机分析所 代替，所以目前很少使用。
• 数据准确:由于试验模型较小，一般可在试验环境条件 较好的室内进行试验，因此可以严格控制其主要参数， 避免许多外界因素的干扰，保证了试验结果的准确度。
模型试验理论基础
• 模型的相似要求和相似常数 1.几何相似
hm hp
bm bp
lm lp
Sl
SA Sl2 SW Sl3 SI Sl4
Sx
q
pl
4 p
EpIp fp
相似原理/第三相似定理
• 第三相似定理:单值条件相似、由其导出的相似 准数相等，是两个现象相似的充分必要条件。
• 根据第三相似定理，当考虑一个新现象时，只 要它的单值条件与曾经研究过的现象单值条件 相同，并且存在相等的相似准数，就可以肯定 它们的现象相似。从而可以将已研究过的现象 结果应用到新现象上去。第三相似定理终于使 相似原理构成一套完整的理论，同时也成为组 织试验和进行模拟的科学方法。
结构模型试验
王柏生
结构模型试验
• 结构模型试验与原形试验相比较，具有下述特点： • 经济性好:由于结构模型的几何尺寸一般比原型小很多，
因此模型的制作容易，装拆方便，节省材料、劳力和 时间，并且同一个模型可进行多个不同目的的试验。
• 针对性强:结构模型试验可以根据试验的目的，突出主 要因素，简略次要因素。这对于结构性能的研究，新 型结构的设计，结构理论的验证和推动新的计算理论 的发展都具有一定的意义。
模型类型，选择合适的模型制作材料； • 2)针对任务所研究的对象，根据模型试验理论
和方法，并结合具体情况确定相似条件； • 3)根据实验室的试验条件，确定出模型的几何
尺寸，即几何相似常数； • 4)根据相似条件确定其它相似常数； • 5)绘制模型施工图。
模型设计
• 结构静力试验模型的相似条件 • 模型的相似常数的个数是多于相似条件的数目，
相似原理/量纲分析确定相似准数
• 量纲分析法是根据描述物理过程的物理 量的量纲和谐原理，寻求物理过程中各 物理量间的关系而建立相似准数的方法。
• 被测量的种类称为这个量的量纲 。 • 如果选定一组彼此独立的量纲作为基本
量纲，而其它物理量的量纲可由基本量 纲组成，则这些量纲称为导出量纲。
相似原理/量纲分析确定相似准数
模型设计时往往是首先确定几何比例，即几何 相似常数。此外，还可以设计确定几个物理量 的相似常数。一般情况下，经常是先定模型材 料，并由此确定 。再根据模型与原型的相似条 件推导出其他物理量的相似常数的数值。 • 当模型设计首先确定S l及S E时，则其他物理量 的相似常数就都是它们的函数或是等于1 。
相似原理/量纲分析确定相似准数
• (4)导出量纲可和基本量纲组成无量纲组合，但 基本量纲之间不能组成无量纲组合。
• (5) π 定理:若在一个物理方程中共有n个物理参 数和k个基本量纲，则可组成（n-k）个独立的 无量纲组合。无量纲参数组合简称“π 数”。 用公式的形式可表示为：
f (x1, x2 ,xn ) 0
4. 物理相似
S
m p
Em m Ep p
SE S
S
m p
Gm m Gp p
SG S
Sv
vm vp
SK
Sp Sx
S Sl2 Sl
S
Sl
模型的相似要求和相似常数
5.时间相似
St
tm tp
Sf
fm fp
1 St
6.边界条件相似
要求支承条件相似、约束情况相似以及边界上受力情况相似 。
ma
称它为相似准数
M 1 qL2 8
CM
Mm Mp
q L
Mm
1 8
qm Lm2
M
p
1 8
q p Lp 2
C q
qm qp
CL
Lm Lp
CM C q CL 2
1
相似指标
Mm qm Lm 2
Mp qpLp2
M qL2
1 8
相似准数（无量纲）
相似原理/第一相似定理
• 相似准数把相似系统中各物理量联系起来，说 明它们之间的关系，故第一相似定理又称“模 型律”。利用这个模型律可将模型试验中得到 的结果推广应用到相似的原型结构中去。
f (x1, x2 xn ) 0 g(1, 2 s ) 0
M
1 8
qL2
0
M qL2
1 8
0
ql 2
8W 5ql 4 f 384 EI
简支梁受均布荷载相似
ql2 8
W ql4 384 EIf 5
1
ql2
W
qmlm2
mWm
q
pl
2 p
pWp
2
ql 4 EIf
qmlm4 EmIm fm
结构模型的分类
• 强度模型的试验目的是预测原型结构的极限强 度以及原型结构在各级荷载包括破坏荷载下甚 至极限变形时的工作性能。
• 近年来，由于钢筋混凝土结构非弹性性能的研 究较多，钢筋混凝土强度模型试验技术得到很 大的发展。钢筋混凝土强度模型试验的成功与 否，很大程度上取决于模型混凝土及钢筋的材 料性能与原型结构的材料性能的相似程度。目 前，钢筋混凝土结构的小比例强度模型还只能 做到不完全相似的程度，主要的困难是材料的 完全相似难以满足。
常用的模型试验材料
• 1．金属材料 • 2．塑料 • 3．石膏 • 4．水泥砂浆 • 5．微粒混凝土 • 6．环氧微粒混凝土 • 7．钢材 • 8．模型钢筋 • 9．模型砌块
一 完般 全静 相力 似试 条验 件弹
性 模 型 的
结构动力模型试验的相似条件
钢筋混凝土结构静力模型试验的相似常数
砌体结构模型试验的相似常数
模型试验材料要求
• 1．保证相似要求：即要求模型设计满足 相似条件，以致模型试验结果可按相似 准数及相似条件推算到原型结构上去。
• 2．保证量测要求：即要求模型材料在试 验时能产生较大的变形，以便量测仪表 能够精确地予以读数。因此，应选择弹 性模量较低的模型材料，但也不宜过低 以致影响试验结果；
• 注意相似常数和相似准数的概念是不同的。相 似常数是指在两个相似现象中，两个相对应的 物理量始终保持的常数，但对于在与此两个现 象互相相似的第三个相似现象中，它可具有不 同的常数值。相似准数则在所有互相相似的现 象中是一个不变量，它表示相似现象中各物理 量应保持的关系。
相似原理/第二相似定理
• 第二相似定理（定理）：某一现象各物 理量之间的关系方程式都可以表示为相 似准数的函数关系
7.初始条件相似
对于结构动力问题，为了保证模型与原型的动力反应相似， 要求初始时刻运动的参数相似。运动的初始条件包括初始状 态下的初始几何位置、质点的位移、速度和加速度。
相似原理
• 相似原理是研究自然界相似现象的性质， 鉴别相似现象的基本原理，它由三个相 似定理组成。这三个相似定理从理论上 阐明了相似现象有什么性质，满足什么 条件才能实现现象的相似。
模型设计
• 模型设计是模型试验是否成功的关键。 在模型设计中不能简单地确定模型的相 似准数，而应综合考虑各种因素，如模 型的类型、模型材料、试验条件以及模 型的制作等，才能得到合适的相似条件， 并确定各物理量的相似常数。
模型设计
• 模型设计一般按照下列程序进行： • 1)根据任务明确试验的具体目的和要求，确定
相似原理/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，其相似准数的数值也相同。
Fp m p a p Fm mm am
Fm S F FP mm S m m p am S a a p
SF SmSa
Fp
mpap
SF 1
SmSa
相似指标
Fp Fm F
F 常量
mp a p mmam ma
常用的物理量的量纲
相似原理/量纲分析确定相似准数
• 量纲的性质： • （1）两个物理量相等，是指不仅数值相等，
而且量纲也要相同。 • （2）两个同量纲参数的比值是无量纲参数，
其值不随所取单位的大小而变。 • （3）一个完整的物理方程式中，各项的量纲
必须相同，因此方程才能用加、减并用等号联 系起来。这一性质称为量纲和谐。
(1, 2 , (nk) ) 0
相似原理/量纲分析确定相似准数
• 以动力平衡方程为例来说明量纲分析法
ma
cv kx
p,
a
d2 dt
x
2
,
v
dx dt
f(m, c, k, a, v, x, p, t)=0
g(π1, π2, π3, π4, π5)=0
m c a1 a2 k a v a3 a4 a5 xa6 p ta7 a8
• 4．保证加工制作方便：选用的模型材料应易于加工和 制作，这对于降低模型试验费用是极重要的。一般讲来， 对于研究弹性阶段应力状态的模型试验，模型材料应尽可 能与一般弹性理论的基本假定一致，即材料是匀质，各向 同性，应力与应变呈线性变化，且有不变的泊桑系数。对 于研究结构的全部特性（即弹性和非弹性以及破坏时的特 性）的模型试验，通常要求模型材料与原型材料的特性较 相似，最好是模型材料与原型材料一致。
[1] [FL-1T2 ]a1 [FL-1T]a2 [FL-1]a3 [LT -2]a4 [LT ]-1 a5 [L] a6 [F]a7 [T]a8