《土木工程测试技术》第3章模型试验理论和技术
土木工程试验与检测技术
第一章绪论1．土木工程试验检测的任务.答: ⑴明确设计参数,检验材料或结构的性能参数,确定新建结构的承载能力. ⑵研究结构(构件)的受力行为,总结结构受力行为的一般规律. ⑶评估既有结构的使用性能, 承载能力与可靠性.2.试验检测的主要工作内容.答: ⑴无损检测⑵地基基础试验检测⑶结构静载试验⑷结构动力试验⑸既有结构的技术状况评估⑹施工监控与长期监控。
3．试验检测的一般程序答：分为三个阶段：准备规划阶段、加载与观测阶段、分析总结阶段。
4试验检测报告内容答：包括试验概括、．试验检测目的与依据、．试验检测方案、．试验检测日期及试验过程、试验记录图表摘录、试验主要成果与分析评价、技术结论等几个方面。
第二章土木工程试验检测的量测技术1．土木工程试验检测通常需要量测的物理量有哪些？哪些可直接测量？答：应力（应变）、位移、速度、加速度等。
2.目前应用较多的应变测试技术有哪些？各有哪些优缺点？如何选择应用？答：目前应用较多的应变测试技术有电阻应变、振弦式应变、光纤光栅应变。
电阻应变优点：⑴灵敏度高，测量结果比较可靠，常用的应变仪和应变片可测得1×10应变；⑵实施简便，易于实现全自动化数据采集、多点同步测量、远距离测量和遥控测试；⑶应变片标距小、粘贴方便，可以测量其他仪表无法安装部位的应变，也可制成大标距测量混凝土结构的应变；⑷适用范围广，可在高温、低温、高压、高速等特殊条件下量测，可用于结构各部位的静、动态和瞬态应变量测，可测频带宽；⑸使用广泛，可制成不同形式的传感器，用于各种物理、力学参数的量测.电阻应变缺点：贴片工作量大,使用的导线多,抗干扰性能稍差,易受温度和电磁场等的影响,电阻应变片不能重复使用等振弦式应变优点：⑴分辨率高, 测量结果精确、可靠；⑵不易受温度和电磁场等的影响,特别是野外测量时抗干扰性能好；⑶易于实现测试过程中的全自动化数据采集、多点同步测量、远距离测量和遥控测试；⑷现场操作方便，测试方法简单.振弦式应变缺点;⑴应变计标距较大，不能用于测量变化梯度较大的应变，也不能用于测量较小尺寸构件的应变；⑵响应速度较慢，不能用于动态和瞬态应变量测；⑶量程范围较小，不能用于大应变测量.光纤光栅应变优点：⑴耐久性好,对环境干扰不敏感,适于长期监测；⑵既可以实现点测量，也可以实现准分布式测量；⑶单根光纤单端检测，可减少光纤的根数和信号解调器的个数；⑷信号数据可多路传输，便于与计算机测读；⑸输出线性范围宽，频带宽，灵敏度高，波长移动与应变有良好的线性关系.光纤光栅应变缺点：⑴制造及使用成本较高,技术较复杂,可靠性较低；⑵测点布置及联网工作要求较高，使用不太方便振弦式（钢弦式）传感器有结构简单、制作安装方便、稳定性好、抗干扰能力强及远距离输送误差等优点，在桥梁、结构的检测中得到广泛应用。
模型试验的理论与方法
模型试验的理论与方法
模型试验的理论与方法是指在科学研究中利用模型进行实验的理论基础和实施方法。
具体来说，模型试验的理论包括模型建立的原理、模型与实际系统之间的关系以及模型的精度等方面；而方法则包括模型建立的步骤、实验数据收集与处理的方法、模型验证的方法等。
模型试验的理论基础主要是基于数学建模的原理，在研究对象的基础上，通过建立数学模型来描述对象的特性和规律。
模型的选择要考虑到数学模型与实际系统之间的准确性和可行性，以及对研究目标的适用性。
理论上，模型试验可以分为物理模型试验和数学模型试验两种形式，物理模型试验通过构建实际物理模型来观测和测量模型行为；数学模型试验则使用数学模型进行仿真和优化。
在实施模型试验时，需要考虑以下几个方面的方法：首先是模型建立的方法，包括确定模型类型、定义变量和参数、建立方程和模型结构等；其次是模型验证的方法，常用的方法包括比较模型输出与实际观测数据的差异、进行敏感性分析和误差分析等；再次是实验数据的收集与处理的方法，包括选择合适的实验设计、采集和整理数据、进行统计分析等；最后是模型应用的方法，包括使用模型进行预测、优化和控制等。
总之，模型试验的理论与方法是科学研究中利用模型进行实验的理论基础和实施方法，在进行模型试验时需要根据研究目标和实际情况选择合适的模型类型和方
法，并进行模型验证和实验数据处理，以得出科学结论和应用成果。
模型试验在土木工程中的应用
模型试验在土木工程中的应用1. 引言土木工程是一门应用科学，涉及到建筑、交通、水利等多个领域。
为了确保工程的安全性和可靠性，在实际开展施工之前，模型试验成为土木工程中不可或缺的重要环节。
本文将探讨模型试验在土木工程中的应用，旨在进一步完善土木工程的设计和施工过程，提高工程质量。
2. 模型试验类型2.1 结构力学试验结构力学试验旨在研究土木工程结构在力学作用下的性能。
通常会建立真实结构的缩小模型，进行受力情况的模拟。
通过在模型试验中测量结构的应变、应力和变位等参数，可以评估结构的强度、刚度、稳定性等指标，为实际工程提供设计依据。
2.2 土壤力学试验土壤力学试验旨在研究土壤的力学性质和变形特性。
通过建立合适的土壤模型，可以模拟受力情况下土壤的变形和破坏过程。
常见的土壤力学试验包括剪切试验、压缩试验和承载力试验等。
通过模型试验，可以评估土壤的承载能力、变形特性等参数，为土木工程的基础设计提供参考依据。
3. 模型试验的优势3.1 安全性在实际土木工程中，直接进行大型结构的施工是非常危险的。
模型试验可以先在小尺度模型上进行力学测试，验证结构的受力性能，在确保结构安全的前提下进行工程施工。
3.2 节省成本和时间模型试验相对于直接在实际场地进行试验具有明显的优势。
通过将实际工程缩小比例建模，可以节省材料和人力资源，并且加快试验的进度。
这样，设计师可以更快地获取试验结果，以便在正式施工前进行相应的调整。
4. 模型试验在实际工程中的应用案例4.1 桥梁工程在桥梁工程中，模型试验可以用于评估桥梁的承载能力和振动特性。
通过对桥梁缩小模型进行荷载试验和振动试验，可以测量桥梁在不同荷载和振动频率下的响应，从而优化结构设计，确保桥梁的安全性和舒适度。
4.2 地基处理工程地基处理是土木工程中非常重要的一环。
通过模型试验，可以模拟地基中的土壤行为，并评估各种地基处理方法的效果。
模型试验结果可以指导实际工程中对地基的处理方式，以提高整个工程的稳定性和可靠性。
土木工程实验技术总复习.
土木工程实验技术总复习一、模型试验理论与技术二、动态测试与分析技术、结构健康监测技术三、结构风洞实验四、结构无损检测技术五、岩土工程（基坑、桩基）检测技术一、模型试验理论与技术1. 简述模型试验的特点及应用范围。
答：特点：1）经济性好；2）针对性强；3）数据准确。
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2. 什么是量纲？量纲和单位有什么不同？答：单位（Unit）：量度各种物理量数值大小的标准量，称单位。
如长度单位为m或cm等。
——“量”的表征。
量纲（Dimension）：撇开单位的大小，表征物理量的性质和类别。
如长度量纲为[L]。
——“质”的表征。
3. 什么是基本量纲？什么是导出量纲？答：基本量纲（Fundamental Dimension）：具有独立性的，不能由其他量纲推导出来的量纲叫做基本量纲。
质量系统：取质量M，长度L、时间T、即[M- L-T]为基本量纲体系。
绝对系统：取力F，长度L、时间T、即[F- L-T]为基本量纲体系。
导出量纲（Derived Dimension）：是指由基本量纲导出的量纲。
4. 什么是无量纲量？无量纲量有何特点？答：无量纲量可由两个具有相同量纲的物理量相比得到；可由几个有量纲物理量乘除组合，使组合量的量纲指数为零得到。
特点：(1)无量纲量的大小与所选单位无关，具有客观性；(2)不受运动规模的影响，模型与原型常用同一无量纲数；(3)在超越函数（对数、指数、三角函数）运算中，均应用无量纲量。
5. 什么是量纲和谐原理？试述量纲和谐原理的重要性。
答：凡是正确反映客观规律的物理方程，其各项的量纲都必须是一致的，即只有方程两边量纲相同，方程才能成立。
这称为量纲和谐原理。
量纲和谐原理的重要性体现在：a、一个方程在量纲上应是和谐的，所以可用来检验物理方程或经验公式的正确性和完整性。
b、根据量纲和谐原理可用来确定公式中物理量的指数。
土木工程测试技术研究生教材大纲
《土木工程测试技术》硕士研究生教学大纲第一章土木工程测试技术概述（2学时）主要内容：土木工程测试技术研究内容及发展概况。
混凝土测试体系的形成和发展；结构混凝土非破损（无损）检测的基本依据；结构混凝土非破损（无损）检测方法的分类。
第二章智能传感器技术基础（4学时）传感器基本原理，智能传感器特性，土木工程测试先进传感器应用。
第三章结构混凝土强度的测试方法（4学时）主要内容：结构混凝土强度的测试方法主要有回弹法、超声法、综合法以及半破损法。
介绍回弹法的基本原理、回弹仪的构造及测量使用方法；超声波的基本概念、超声波发射和接收原理、超声换能器以及声时、声速、声程的测量计算方法；结构混凝土强度的综合检测法有超声-回弹综合法，声速-衰减系数法及超声-射线综合法等；结构混凝土强度的测试的半破损检测和非破损检测法（拔出法、钻芯法等）以及半破损检测和非破损检测法的结合使用。
第四章结构混凝土内部缺陷的超声脉冲法探伤及声发射诊断（2学时）主要内容：结构混凝土内部缺陷主要有裂缝、孔洞、蜂窝和层状破坏等，而超声脉冲探伤就是一非破损（无损）检测的形式，确定混凝土内部缺陷的存在、大小、位置和性质的一种检测方法。
主要利用超声波在碰到缺陷时的绕射、散射和衰减等特性来判断缺陷，所需测量的物理量是超声波的声程、声时、衰减量、接收波形及其频谱等。
声发射诊断的基本原理、声发射仪简介、混凝土的声发射特性。
第五章混凝土测温技术（2学时）混凝土测温技术，第六章土木工程测试的技术规范和常用仪器设备（2学时）主要内容：介绍进口和国产的回弹仪、非金属超声仪等仪器设备的产生厂家及特性。
用于桥梁、基桩和大型土木工程结构的测试仪器设备和软件系统。
介绍东方振动噪声所的INV数据采集DASP系统以及东华公司的数据采集系统。
回弹仪、超声法、超声-回弹法、钻芯法和拔出法等测试方法的相关技术规范和规程。
第七章超声波测试原理及智能超声测试仪开发技术（4学时）主要内容：详细介绍超声波测试原理，超声波发射和接收原理，超声换能器以及声时、声速、声程的测量计算方法；超声波仪器开发的技术，仪器的信号放大、同单片机、DSP、CPLD等器件的接口电路设计等。
土木工程测试技术PPT幻灯片
防灾科学与安全技术研究所
（2） 缺陷的无损检测方法 1）超声脉冲法 2）脉冲回波法 3）雷达扫描法 4）红外热谱法 5）声发射技术
（3） 针对其他性能的无损检测方法 1）共振法 2）敲击法 3）磁测法 4）电测法 5）微波吸收法 6）中子散射法
2011.09
防灾科学与安全技术研究所
2011.09
防灾科学与安全技术研究所
4）联想记忆功能 5）自动提取特征参数 6）鲁棒性（容错性） 土木工程应用可行性分析： 1）专家系统成为工程设计中必不可少的工具,但专 系统存在一些缺陷,神经网络的上述特点正好可阶级解决 这些问题; 2）在损伤诊断中通过损伤模式匹配和特征参数的自动 提取来成立复杂的非线性、不确定性问题。
4、先进测试数据处理方法
测试数据误差处理、回归分析；先进测试数据处理方法：神经 网络、遗传算法等
2011.09
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1）半破损检测：拨出法、钻芯法 2）非破损检测（无损检测）：超声法、声表面波、射
线法等。 1934年，提出金属脉冲声波探伤； 1949，英国的R.Jones,中国，杨叔子院士，钢丝绳探 伤，缆索探伤(《中国索道》）。电涡流检测：大型发 电机等旋转机械的探伤：飞机、汽车、电站设备（株 洲608所） 非金属探伤：混凝土、木材：NM系列超声检测分析 仪——北京市政工程研究院——康科瑞公司Koncrete 东方振动噪声研究所-应怀僬（INV）英雄卡泰
2011.09
防灾科学与安全技术研究所
第二章 智能传感器技术基础
2.1传感器的基本原理 2.2智能传感器的特性 2.3土木工程测试传感器应用 2.4无线传感器网络
2011.08
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土木工程测试技术 2014PPT课件
CSU
目录
第一章 绪论 第二章 测试技术传感器基础 第三章 混凝土测方法 第四章 混凝土缺陷的超声检测探伤及声发射诊断 第五章 混凝土测温技术 第六章 应变测量及应用 第七章 超声检测仪及智能超声检测仪开发技术 第八章 土木工程测试数据处理方法 第九章 土木工程测试应用实例
2013.10
传统的破损检测方法更为突出
➢ 已成为工程事故的检测和分析手段之一，而且正在成为工程质 量控制和构筑物使用过程中可靠性监控的一种工具
➢ 伴随着电子技术的不断进步，仪器处理能力得到提高，模糊聚 类分析、神经网络甚至人工智能等先进的数据处理手段将得到 更广泛的应用，使其能进行快速的、大量信息的处理，使检测 结果更加可靠、检测水平不断提高
• 机械工程
• 信息学科：自动化、电子工程、计算机技术、人工智能电路与 系统（信号处理)等
2013.10
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1.2 土木工程测试技术体系结构
2、先进无损检测技术
➢无损检测是在不损伤材料和成品的条件下研究其内部和表面有无缺陷的手 段 ➢无损检测技术在很大程度上是一种信息技术，它是一个获取信号、提取信
2013.10
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1.3.2 无损检测技术的应用
CSU
➢ 无损检测技术可直接检验结构物的混凝土强度、缺陷及其他物 理力学性能指标，可以确保结构质量，节约材料，提高劳动生 产率和加快施工进度
➢ 特别适用于确定不利条件(火灾、冰冻、超载、地震、各种化学 介质的侵蚀等等)下混凝土的损害程度，研究和评价同一试样随 时间而变异的各种能，在这些方面，无损检测方法的优越性较
（4）无损检测结果评定
➢ 按国家标准GBJ107-87（试件、试块）
《工程试验技术》第三章-模型试验理论和技术
π⎯相似准数(无因次)
相似准数：相似物理现象中相关物理量的无因次组合，反映 了某一方面的物理本质。 相似的充分条件：两系统中所有的相似准数均相等。 简单现象：一个相似准数； 复杂现象；可有多个相似准数。Βιβλιοθήκη 二 、相似定理实物
相似关系
模型
相似第一定理： 对于彼此相似的现象，其相似指标为 1 ，或者其相似准数为 一常量。 相似第二定理： 表示一现象各物理量之间的关系方程式，都可以转换成 无量纲方程，无量纲方程的各项即是相似判据。 π 定理 相似第三定理： 在物理方程相同的情况下，如两个现象的单值条件相似， 则这两个现象一定相似。 单值条件相似：
(外荷载一次性施加)
将比例常数代入原型初始条件 : bu = qm 并令 : bq = ; qp um |tm =0 = bq bu qm
b b
up um
;
bt =
tp tm
可得下列方程 :
通过与模型初始条件对比可知, 要满足初始条件相似, 必有:
q u
= 1
※问题讨论
如果室内试验所采用的土样与工程现场土质相同(原状土 样),则固结系数的比例常数为1, 设工程实际待固结软土层厚 度为20米, 室内固结试验土样厚度一般为2cm, 则模型几何尺 寸比例常数为1000, 则时间比例常数根据下式(相似指标)计 算得到:
w ′′ ′ w ′2′ w′ 1 = = LL = = wl w′ w ′2 w′ 1
速度相似常数 (速度方向相同)
同理，压力、密度、温度、浓度等的相似，也有相应的相似常数存在。
④ 初始条件和边界条件相似
⑵ 相似的充分条件
现举例两质点运动的相似来说明，任何质点的运动，其瞬时速度均可 用下式表示：