第7章 土木工程结构模型试验_.ppt

第7章 土木工程结构模型试验 7.1概述 土木工程结构模型试验是在试验规模、试验场所、设备容量、和试验经费等各种条件的受限制的条件下，以结构的缩尺或相似模型为研究对象来研究结构工作性能的。 7.1.1缩尺模型 缩尺模型实质上是原型结构缩小几何尺寸的试验代表物，它不须遵循严格的相似条件，可选用与原型结构相同的材料，并按一般的设计规范进行设计和制造。 7.1.2相似模型 相似模型要求满足比较严格的相似条件，即要求满足几何相似、力学相似和材料相似。它是用适当的绍尺比例和相似材料制成，在模型上施加相似力系，使模型受力后重演原型结构的实际工作状态，最后根据相似条件，由模型试验的结果推演原型结构的工作性能。 7.1.3 土木工程结构模型试验的特点： 1、经济性好。 2、针对性强。 3、数据准确。 7.1.4 建筑结构模型试验主要应用范围： 1．代替大型结构试验或作为大型结构试验的辅助试验。 2．作为结构分析计算的辅助手段。 3．验证和发展结构设计理论。 7.2 模型设计相似原理 7.2.1、相似的概念 这里所讲的相似是指模型和实物相对应的物理量的相似，它比通常所讲的几何相似概念更广泛些。所谓物理现象相似，是指除了几何相似之外，在进行物理过程的系统中，在相应的时刻第一过程和第二过程相应的物理量之间的比例应保持常数。下面简略介绍和结构性能有关的几个主要物理量的相似。 7.2.2 相似常数 1.几何相似 2.质量相似： 3.荷载相似 4.物理相似： 5.时间相似： 6.边界条件相似： 7.初始条件相似： 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。 确定相似条件的方法有方程式分析法和量纲分析法两种。 方程式分析法用于物理现象的规律己知，并可以用明确的数学物理方程表示的情况。量纲分析法则用于物理现象的规律未知，不能用明确的数学物理方程表示的情况。 7.3.1 方程式分析法 概念：是指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。 7.3.2 量纲分析法 1.量纲的概念： 被测量的种类称为这个量的量纲。 量纲的概念是在研究物理量的数量关系时产生的，它是区别量的种类而不区别量的不同度量单位。 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。 在量纲分析中有二个基本量纲系统: 绝对系统和质量系统。 常用的物理量的量纲表示法见表7-1。 物理量 质量系统 绝对系统 物理量 质量系统 绝对系统 长度 [L] [L] 面积二次矩 [L4] [L4] 时间 [T] [T] 质量惯性矩 [ML2] [FLT2] 质量 [M] [FL-1T2] 表面张力 [MT-2] [FL-1] 力 [MLT-2] [F] 应变 [1] [1] 温度 [θ] [θ] 比重 [ML-2T-2] [FL-3] 速度 [LT-1] [LT-1] 密度 [ML-3] [FL-4T2] 加速度 [LT-2] [LT-2] 弹性模量 [ML-1T-2] [FL-2] 角度 [1] [1] 泊松比 [1] [1] 角速度 [T-1] [T-1] 动力粘度 [ML-1T-1] [FL-2T] 角加速度 [T-2] [T-2] 运动粘度 [L2T-1] [L2T-1] 压强、应力 [ML-1T-2] [FL-2] 线热胀系数 [θ-1] [θ-1] 力矩 [ML2T-2] [FL] 导热率 [MLT-3θ-1] [FT-1θ-1] 能量、热 [ML2T-2] [FL] 比热 [L2T-2θ-1] [L2T-2θ-1] 冲力 [MLT-1] [FT] 热容量 [ML-1T-2θ-1] [FL-2θ-1] 功率 [ML2T-3] [FLT-1] 导热系数 [MT-3θ-1] [FL-1T-1θ-1] 常用的物理量的量纲表示法 表7-1 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