文档介绍：土木工程结构试验与检测 TESTING AND INSPECTION FOR CIVIL ENGINEERING STRUCTURE
刘明教授
上课了！！！
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第2章结构试验设计Chapter 2 Stru的相似要求和相似常数
相似常数的独立性与相关性
几何相似
􀀹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）、Sε（应变）
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质量相似
􀀹在动力问题中，要求模型和真型的质量分布相似。
Sm （质量）、Sρ（比重）
荷载相似
要求模型和真型在对应点荷载方向一致，荷载大小成比例。
SP （集中力）、Sw （线力）、Sq （面力）、SM （弯矩）
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物理相似
要求模型和真型在相应点的应力和应变、刚度和变形间的关系相似。
Sσ（应力）、Sτ（剪力）、Sγ（剪切角）、SE （弹性模量）
时间相似
St ，时间相似不是指时刻相似，而是指时刻的间隔相似。
边界条件相似
指模型的支承与约束条件相似。
初始条件相似
针对动力问题，包括初始位置、位移、速度、加速度等。
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模型设计的相似条件
按模型设计的相似理论确定相似条件的方法有：方程式分析法、量纲分析法。
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。
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
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1、静力试验模型的相似条件
􀀹
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Sl和材料相似常数SE，再根据相似条件推导其他物理量的相似常数。其他物理量的相似常数均为Sl和SE的函数或者等于1（对于无量纲的物理量而言）。
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类型
物理量
量纲
相似关系
材
料
特
性
应力
应变
-----
1
弹性模量
泊松比
-----
1
质量密度
几
何
特
性
长度
线位移
角位移
-----
1
面积
惯性矩
荷
载
集中荷载
线荷载
面荷载
力矩
结构静力试验模型的相似常数和相似关系
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2、动力试验模型的相似条件
􀀹 单自由度体系受迫振动的振动方程
动力模型的相似条件为
此外，自频及周期的相似常数为
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关于重力加速度的相似常数Sg
当选用Sg =1，而Sl 一般(1/2 ，1/6)之间，则
SE/Sρ∈[1/2 ,1/6 ]
这在模型选用材料时很难实现，通常需对材料试级配。
当选用材料相同，SE ＝Sρ＝1，则Sg ＝1/Sl ，采用附加质量法。
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模型材料
模型材料的要求
相似要求：材料的基本性质相似。
测量要求：为便于测量仪表有足够的读数，弹性模量应适当低一些。
材料性能稳定，受环境温度、湿度的影响较小。
加工制作方便。
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模型材料的种类
金属（一般钢材和铝合金）：弹性好、变形量大、泊松比与钢筋砼相似。
塑料和有机玻璃：强度大、弹性模量低、各向同性、加工方便、但徐变较大、热稳定性较差。
石膏：加工容易、成本低、泊松比与砼十分接近、弹性模量可人为调整、但抗拉强度低、较脆。石膏被广泛用于制作弹性模型，也可大致模拟砼的塑性性能。
水泥砂浆：相比上述三种材料，最接近混凝土，常用于制作砼薄壁结构，此时采用的钢筋为钢丝或铅丝。
细石混凝土：非弹性性能较难模拟，缩尺比例不宜太小。主要缺点是粘结应力模拟不好，不适用于研究Wmax 、f等。
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结构试验荷载设计
结构试验荷载的分类
按作用形式
集中荷载、分布荷载。
按作用方向
垂直荷载、水平荷载、任意方向荷载。
单调荷载、重复荷载、反复荷载。
动力荷载、静力荷载。
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试验加载图式
定义：
试验荷载在试验结构上的布置形式（包括荷载类型与分布情况）。
要求：
试验时的荷载应使结构处于某种实际可能的最不利的工作情况。
试验加载图式要与结构设计计算时荷载图式一致。
也可在不改变结构的工作和试验结果分析的前提下，由试验条件和加载方便，改变加载图式。（如采用等效荷载）
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试验加载装置的设计
试验加载装置包括
竖向加载