建筑结构试验基础教学课件8
34页1、教学分析第8章 建筑结构试验数据处理基础教学分析8.1 概述概述在建筑结构试验后(有时在结构试验中),对采集得到的数据进行整理换算、统计分析和归纳演绎,以得到代表结构性能的公式、图像、表格、数学模型和数值等,这就是数据处理。采集得到的数据是数据处理过程的原始数据。例如,把应变式位移传感器测得的应变换算成位移值,由测得的位移值计算挠度,由应变计测得的应变得到结构的应力,由结构的变形和荷载的关系可得到结构的屈服点、延性和恢复力模型等,对原始数据进行统计分析可得到平均值等统计特征值,对动态信号进行变换处理可以得到结构的自振频率等动力特性等。结构试验时采集得到的原始数据量大并有误差,有时杂乱无章,有时甚至有错误;所以,必须对原始数据进行处理,才能得到可靠的试验结果。数据处理的基本流程见下图。数据处理内容与步骤流程图教学分析8.2 结构试验数据的整理和换算结构试验数据的整理和换算在数据采集时,由于各种原因,会得到一些完全错误的数据。例如,仪器参数(如应变计的灵敏系数)设置错误而造成数据出错,人工读数时读错,人工记录时的笔误(数字错或符号错),环境因素造成的数据失真(温度引起应变增加等),测量仪器
2、的缺陷或布置错误造成数据出错,或者测量过程受到干扰(仪器被人碰了一下)造成的错误等。这些数据错误一般都可以通过复核仪器参数等方法进行整理,加以改正。采集得到的数据有时杂乱无章,不同仪器得到的数据位数长短不一;应该根据试验要求和测量精度,按照有关的规定(如国家标准数值修约规则与极限数值的表示(GB/T8170-2008))进行修,把试验数据修约成规定有效位数的数值。数据修约时应按下表的规则进行:处理方法处理方法处理规则处理规则四舍五入四舍五入即拟舍弃数字小于5时,则舍去,大于5时则进1,等于5时,若保留的末位数字为奇数(1,3,5,7,9)则进1,为偶数(2,4,6,8,10)则舍去。例如,将12.1498修约到一位小数,得12.1。将11.68和11.502修约成两位有效数,均为12。负负数修数修约约负数修约时,先将它的绝对值按上述规则修约,然后在所得值前面加上负号。例如,将-0.04850和-0.04852修约到0.001,均得-0.049。拟拟修修约约数数值值拟修约数值应在确定修约位数后一次修约获得结果,不得多次按上述规则连续修约。例如,将15.4546修约到15,正确的做法为15
3、.454615,不正确的做法为15.454615.45515.4615.516。数据修约规则教学分析8.2 结构试验数据的整理和换算结构试验数据的整理和换算采集得到的数据有时需要进行换算,才能得到所要求的物理量。常见具体换算如下:(1)应变到应力的换算应根据试件材料的应力-应变关系和应变测点的布置进行。(2)受弯矩和轴力等作用的构件,采用平截面假定,其某一截面上的内力和应变分布如图所示。根据三个不在一条直线上的点可以决定一个平面,只要测得构件截面上三个不在一条直线上的点处的应变值,即可求得该截面的应变分布和内力截面内力应力分布教学分析8.2 结构试验数据的整理和换算结构试验数据的整理和换算(3) 简支梁的挠度、挠度曲线可由位移测量结果得到,见下图。梁受力变形后,支座1和支座2也发生位移1和2,距离支座1x处的挠度为总位移减去由于支座位移引起在处的位移。 简支梁的变形 注:直线cc,bb可得和的计算式如下:特别,当计算跨中挠度时,令 ,得:式中,(1/2)为跨中位移测量结果,f(x=1/2)为跨中挠度。教学分析8.2 结构试验数据的整理和换算结构试验数据的整理和换算(4)悬梁臂的挠度和转
4、角可由测量结果计算得到,见下图。梁受力变形后,支座处也有位移和转角,距离支座为x处的挠度为总位移减去由于支座移动引起在处的位移。可得到和的计算式如下:梁在x处的转角可由图中的几何关系得到,测量得到在处的总转角(切线与梁原轴线的夹角),支座转动引起在x处的转角为1,梁在处的转角(x)为: 悬臂梁的变形教学分析8.2 结构试验数据的整理和换算结构试验数据的整理和换算(5)梁的曲率可由位移测量或转角测量结果计算得到。位移测量方法为:在梁的顶面和底面布置位移测点,测量标距为l0的两点的相对位移;梁变形后,由于弯曲引起梁顶面的两个测点产生相对位移,引起梁底面的两个测点产生相对位移,由此可得在标距内的平均曲率:转角测量方法为:在梁高的中间布置两个转角测点,它们之间的距离为l0;梁变形后,由于弯曲引起测点处截面1和截面2产生转角1和2,由此可得在标距内的平均曲率为:上面曲率计算中,所用位移和转角均以下图中所示的方向为正;当实际位移和转角与此相反时,应以负值代入;当得到曲率为负值时,表示弯曲方向与图示相反。教学分析8.2 结构试验数据的整理和换算结构试验数据的整理和换算(6)结构或构件某一平面区域的剪
5、切变形可按图(a)的方法进行测量和计算。图(a)为墙体的剪切变形,试验时通常把墙体的底部固定,测量墙体顶部和底部的水平位移和及墙体底部的转角,可得剪切变形为:图(b)为梁柱节点核心区的剪切变形,试验时通过测量矩形区域对角测点的相对位移,可得到剪切变形为:由图(b)的几何关系,可整理得到:(a)(b)教学分析8.2 结构试验数据的整理和换算结构试验数据的整理和换算(7)试验时,结构在自重和加载设备重力等作用下的变形常常不能直接测量得到,要由试验得到的荷载与变形的关系推算得到。下图为一混凝土梁的挠度修正,由试验得到荷载与挠度(P-f)关系曲线,从曲线的初始线性段外插值计算自重和设备重力作用下的挠度f0:荷载布置P-f 曲线教学分析8.3 结构试验数据的统计与误差分析结构试验数据的统计与误差分析数据处理时,统计分析是一种常用的方法,可以用统计分析从很多数据中找到一个或若干个代表值,也可以通过统计分析对试验的误差进行分析。以下介绍几种常用的统计分析的概念和计算方法。8.3.1 平均值、标准差、变异系数平均值有算术平均值、几何平均值和加权平均值;标准差反映了一组试验值在平均值附近的分散和偏离程度
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