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最小二乘法在预应力张拉中的应用
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摘 要:预应力结构张拉前,配套的千斤顶和油压表等张拉设备必须在试验室标定,试验室
所得标准测力仪显示值和压力表读数呈线性关系。在它们的相关系数满足要求时,精确求出
它们的线性方程,是确保工程质量的前提。本文以宁波市庆丰桥配套的千斤顶和压力表的标
定数据为例,以实际值与趋势值的偏差的平方和最小为依据,根据函数存在的极值条件,求
出线性方程,此为最小二乘法。因为在试验室标定时,压力表读数一般是按照等差数列递增
的,所以为了计算的简便,可用“零点法”设置等差序号,使这一列数据的总和为零,此时
要注意当试验次数分别为偶数和奇数时不同地设置等差序号的方法。在最后的结果中,一定
要注意参数关系的转换。最小二乘法在预应力张拉仪器标定和数据处理中加以应用,提高了
计算精度,体现了最小二乘法的优越性。
关键词:最小二乘法;预应力张拉;零点法;等差序号
中图分类号:TU12
1.引言
在宁波市庆丰桥工程中,箱梁砼结构的后张法预应力张拉是关键性工程,在张拉前,要
先标定油表和千斤顶,理论上压力表读数和标准测力仪显示值呈线性关系,试验室所得的这
两组数据应满足相关系数的要求。在现场施工中,有的技术员在计算线性回归方程时以相邻
标准测力仪显示值差值的平均值为依据进行计算,虽然也能求出线性方程,但计算出的结果
不精确。江苏华宁交通工程咨询监理公司庆丰桥监理部根据试验所得油压表和对应的千斤顶
的数据,用最小二乘法来计算验证[1],即简便,又精确。
2.最小二乘法
最小二乘法,亦称最小平方法。它是根据试验统计数据,通过建立数学模型,以求得线
性回归方程的方法。具体有以下步骤:
2.1 设所求回归方程
设所求线性回归方程为 y = bax + 。
式中: y ——标准测力仪显示值
x——压力表读数
a,b——常数
2.2 求出 a和b的值
从数学意义上看要使 y = bax + 这一直线方程具有较高的代表性,就必须使实际值与趋
势值之间的偏差( yyi ?? )的平方和最小[2],即:
∑ ∑
= =
????=??=
n
i
n
i
iii baxyyyS
1 1
22 )()(
这种确定 a,b使偏差平方和最小的方法就叫做最小二乘法。
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上式中的 ix 和 iy 全都是常数( ix 代表压力表读数, iy 代表标准测力仪显示值),所以 S
是 a和b的二元函数,为了求 S 的最小值。就要求出两个偏导数:
∑
=
??????=??
?? n
i
iii xbaxya
S
1
)(2
∑
=
??????=??
?? n
i
ii baxyb
S
1
)(2
根据极值原理,即极值存在的必要条件[3],令:
??????
??????
??
=??
??
=??
??
,0
,0
b
S
a
S
??????
??????
??
=??????
=??????
∑
∑
=
=
n
i
ii
n
i
iii
baxy
xbaxy
1
1
0)(2
0)(2
将上式整理,即可得出关于a,b的方程组:
??????
??????
??
=+
=+
∑ ∑
∑ ∑∑
= =
= ==
n
i
n
i
ii
n
i
n
i
ii
n
i
ii
ynbxa
yxxbxa
1 1
1 11
2
方程组简写为:
????
????
??
+=
+=
∑ ∑
∑ ∑ ∑
nbxay
xbxaxy 2
(1)
由该方程就可以求出 a,b的数值[4]。
式中: n———试验次数
x———压力表读数
∑ ———总和符号
2.3 得出所求的方程并检验计算结果
把 a,b 值代入 y = bax + ,求得具体的一元一次线性回归方程,并对其做检验。
2.4 用“零点法”计算简便
注意,用“零点法”求值,为简便计算,引用等差序号 x′ ,使得 0=′∑ x ,根据方程(1),
把∑ x当成 0,得出下式计算式:
??????
??????
??
=′
′=′
∑
∑∑
n
y
b
x
yx
a 2
(2) [75]
式中: x′———等差序号
得出一元一次方程
bxay ′+′′= (3)
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