结构实验技术讲稿模型试验015次课-39.ppt

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苏州科技学院土木工程学院
结构实验技术
田石柱教授
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第四章结构模型试验
在进行结构性能试验时,作为结构试验的试件可以是真实结构,也可以是其中的某一部分。若把真实结构称作真型(原型)或足尺,则不论是整体或它的一部分,由于都是足尺,势必导致试验的规模很大,所需加荷设备的容量和费用会很高,制作费和加工费也随之增加。所以除了少数在原型结构上进行的检验性试验以外,一般的研究性试验都是模型试验。
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§4-1 概述
结构模型试验是工程结构设计和理论研究的主要手段之一。
结构试验分析方法通过结构试验(其中主要是结构模型试验),得到体形复杂或受力状况特殊的结构或结构的一部分的内力、变形、动力特性、破坏形态等,为结构设计或复核提供依据。
基于计算机结构分析方法已经能够解决很多复杂的结构分析问题,但结构模型试验仍有不可替代的地位。
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§4-1 概述
模型试验的理论基础是相似理论。
仿照原型结构,按相似理论的基本原则制成的结构模型,它具有原型结构的全部或部分特征。
通过试验,得到与模型的力学性能相关的测试数据,根据相似理论,可由模型试验结果推断原型结构的性能。
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模型试验优点

由于模型结构的几何尺寸小,因此试件的制作容易,拆装方便,节省材料、劳力和时间,并且同一个模型可进行多个不同目的的试验。在荷载方面尤为突出,在一般常用的相似条件下,集中荷载的减少与几何尺寸的缩小成平方关系。若原型结构上作用着100KN的集中荷载,一个缩尺比为1/。
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结构模型试验可以根据试验的目的,突出主要设计因素,简略次要因素,并改变其某些主要因素进行多个模型的对比试验。这对于结构性能的研究,新型结构的设计,结构理论的验证和推动新的计算理论的发展都具有一定的意义。
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3. 数据准确
由于试验模型小,一般可在试验技术条件和环境条件均较好的室内进行试验,因此可以严格控制其主要测试参数,避免外界因素的干扰,保证试验结果的准确度。
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在工程设计和科学研究中,常见的模型试验分为以下几类:
(1) 按模型试验的目的可分为小结构试验和相似模型试验。小结构试验的目的是为了验证设计理论、材料或工艺性能或结构设计所需的参数。小结构试验的模型不与任何一个具体的原型结构对应,按照设计规范的要求设计并制作模型,但模型尺寸较小。
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例如,钢筋混凝土单层框架的试验,梁截面尺寸为b×h=100mm×180mm,柱截面尺寸为b×h=140mm×l40mm,配直径l2mm的纵向受力钢筋。这种框架的试验就属于小结构试验。
相似模型与某一原型结构相似,试验的目的是通过相似模型的试验结果直接推测原型结构的性能指标。在线弹性范围内,当模型与原型严格相似时,上述试验目的是可以实现的。
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(2) 按模型试验研究的范围可分为弹性模型试验、强度模型试验和间接模型试验。
弹性模型的研究范围限于结构的弹性工作阶段,模型材料可以与原型材料不同。
例如:常用有机玻璃制作桥梁或建筑的弹性模型。