结构模型设计

2、塑料（热固性塑料、有机玻璃环氧树脂） 优点：强度高、弹性模量低，加工容易。 缺点：徐变较大，弹性模量受温度变化 的影响大，泊松比比金属和混凝土高，导热 性差。 因加工容易，固大量用来制作板材、壳、 框架、剪力墙及其形状复杂的结构模型。
3、石膏 优点：加工容易，成本低，泊松比与 混凝土接近，弹性模量可以改变。 缺点：抗拉强度低，要获得均匀和准 确的弹性模量较困难。 石膏广泛用来制作弹性模型，也可大 致模拟混凝土的塑性工作。配筋的石膏模 型常用来模拟钢筋混凝土板壳的破坏。
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4）模型构造设计。 5）绘制模型施工图。 2.4.2结构静力模型设计 在工程中许多结构是静力相似问题，与其 有关的主要有： 1.结构几何尺寸 2.静荷载 3.结构产生的效应 4.材料性能
2.3.4结构动力模型设计
2.5模型材料与模型制作
2.5.1模型材料 模型材料力求与原型材料一致。还应与 弹性模型和强度模型相匹配、相一致。 1.弹性模型材料 常用在钢筋（或型钢）混凝土结构、砌 体结构的设计过程，用以验证新型结构的设计 计算方法是否正确或为设计计算提供某些参数。
2.1.2相似模型 相似模型要求有全面严格的相似条件，其中 有三个基本条件必须满足，分别是： 1.几何相似 2.力学相似 3.材料相似 另有几方面的相似条件是上述三点的细 分，对此作一般了解。
模型试验与足尺原型试验相比有以下特
点： • 经济性好 • 数据准确 • 针对性强 • 可在实验室内进行 由于以上特点模型试验广泛用于验证和 发展结构设计理论，检验计算分析结果的 准确性。
2.砌体结构模型 重点注意砌筑质量（灰缝状况），砂浆 强度、粘结力尽可能与原型一致。 3.金属结构模型 金属结构模型制作关键是连接方式（焊接、 螺铨、铆接）。用铁皮或薄板制作时，对 焊接工艺要满足要求。对铝合金材料不易 焊接时，可采用铆接，但不适应动力结构 模型。
4.有机玻璃 用胶粘方式粘结，接口处强度低，易用榫接， 减小连接间隙。
3）根据现有试验设备的条件，确定模型的几 何尺寸，即几何相似常数。
几种模型结构常用的缩尺比例 结构类型 弹性模型 强度模型
壳体 铁路桥 反应堆模型 板结构 坝 风载作用结 构
1/200～1/50 1/25 1/100～1/50 1/25 1/400 1/300～1/50
1/30～1/10 1/20～1/4 1/20～1/4 1/10～1/4 1/75 一般不用 强度模型
材料要求：不必与原型结构的材料完全相似， 但在试验过程中具有完全的弹性性质。 常用模型材料有弹性、塑性模型材料。 弹性模型材料： 1、金属（钢、铜和铝合金） 优点：力学性能大多符合弹性理论的 基本假定，量测准确度较高。常用材料铝 合金和钢材，两者泊松比接近于混凝土材 料，铝合金应变量大、导热性好、弹性模 量较低，金属模型中铝合金用得较多。 缺点：加工困难、弹性模量较塑料和 石膏的高，荷载模拟困难。
5、模型钢筋 冷拉调直的钢筋应进行退火，光圆、变 形钢筋与混凝土粘结力原型有差异。 6、模型砌块 用于砌体结构与原型基本一致，也可用 缩尺制作。
2.5.2模型制作 一般凡是有能力自己制作的尽可能自 制，在无能力时，可请有能力的厂家制作， 但要求亲临现场参与制作。 1.混凝土结构模型 混凝土试件一般采用钢板、木板、有机玻璃 等为外模，泡沫塑料为内模，浇筑时尽可 能一次完成，在万不得已时，不采用抹灰 方式制作。
强度模型材料： 主要用来研究结构构件承载力和极限变形能 力。一般材料应与与原型相似或相同主要有： 1、水泥砂浆 接近混凝土，主要用来制作钢筋混凝 土板壳等薄壁结构的模型，采用的钢筋是 细直径的各种钢丝及铅丝等。 2、微粒混凝土 研究钢筋混凝土结构的弹塑性工作或 极限承载力较理想的材料。
3、环氧微粒混凝土 不适应尺寸较小的试件，可用水泥、砂 为骨料，干燥施工。应力—应变曲线与混凝 土基本一致，抗拉强度偏低。 4、钢材 最理想的钢结构模型材料，用冷拉工艺 成型的试件应进行退火处理。
2. 结构模型设计
2.1概述
使用模型的意义（与实际相符、节 省开支） 使用模型的种类（缩尺、相似）
2.1.1缩尺模型
缩尺模型实际就是原型结构构件缩 小几何尺寸的试验代表物。
试验用缩尺模型不需全面严格的相似条件， 使用原型结构的材料，按照一定的设计规范 进行设计、规范制作用于以下三种情况： • 研究结构性能 • 研证设计假设与计算方法 • 将试验结果所证实的一般规律与计算方 法推广到原型结构中去 实际试验中此种试件使用较多
2.2模型设计相似原理 2.3相似条件的确定方法 2.4结构模型设计 2.4.1结构模型的设计程序 一般程序 1）根据任务明确试验的具体目的和要求，选 择适当的模型类型和模型制作材料。 一般情况，弹性模型的缩尺比例小；强度模型， 尤其是钢筋（或型钢）混凝土结构的强度模型 缩尺比例较大。 2）针对课题所研究的对象，确定相似条件
研究结构性能研究结构性能研证设计假设与计算方法研证设计假设与计算方法将试验结果所证实的一般规律与计算方将试验结果所证实的一般规律与计算方法推广到原型结构中去法推广到原型结构中去实际试验中此种试件使用较多实际试验中此种试件使用较多212212相似模型相似模型相似模型要求有全面严格的相似条件其中相似模型要求有全面严格的相似条件其中有三个基本条件必须满足分别是