一級結構基礎輔導：模型設計
發布時間：2010-01-14 共1頁
7.2 模型設計
結構模型試驗按試驗目的的不同可分為：
①彈性模型——為研究在荷載作用下結構彈性階段的工作性能，用勻質彈性材料制成與原型相似的結構模型。
②強度模型——為研究在荷載作用下結構各個階段工作性能，包括直到破壞的全過程反應，用原材料或相似材料制成的與原型相似的結構模型。
模型設計按下列程序進行：
①按試驗目的選擇模型類型；
②按相似原理用方程式分析法或量綱分析法確定相似判據；
③確定模型的幾何比例，即定出長度相似常數Sl；
④根據相似判據確定其他各物理量的相似常數；
⑤設計和繪制模型的施工圖。
由前推導相似判據過程可見，相似常數的個數是多于相似判據的數目，設計時除首先確定長度相似常數Sl外，一般根據可能條件再選定模型材料，亦即確定SE和Sσ，然后推導出其他物理量的相似常數。表18—7—2列出一般靜力試驗彈性模型的相似常數。當設計先確定SE和Sl時，其他物理量的相似常數都是SE和Sl的函數，或是等于1，如應變、泊松比和角變位等均為無量綱數，它們的相似常數Sε、Sν和Sβ均等于1。
對于結構動力試驗模型，除與表18—7—2靜力模型有關材料特性、幾何特性和荷載等物理量有相同的相似關系外，表18—7—3為有關動力性能物理量的相似關系。
上述模型設計所得||各物理量之間的相似關系均是在假定采用理想彈性材料的情況下推導求得的。實際上較多鋼筋混凝土或砌體結構的強度模型要研究結構非線性性能，因此對模型材料的相似要求更為嚴格，必須按實際情況建立相似關系。從表18—7—2可見SE=Sσ的關系，就是要求模型和原型結構的應力應變關系曲線相似，這只有選用與原型結構相同強度和變形的材料時才有可能。
在靜力模型的相似關系中，當SE=Sσ=1時質量密度Sρ=1／Sl，要求模型材料密度為原型材料的Sl倍。這事實上是沒有可能的。為此，當需考慮結構本身的質量和重量對結構性能的影響時，需要在模型上施加附加質量，滿足材料密度相似的要求。 同樣在動力模型中，模擬慣性力，重力時也必須考慮模型和原型結構材料質量密度的 相似。由相似關系SE／(SgSρ)二S，，通常重力加速度相似常數Sg=1，則要求模型材料的彈性模量應比原型的小或密度比原型的，試驗時也采用加附加質量的方法，來彌補材料密度不足所產生的影響。
結構模型試驗按試驗目的的不同可分為：
①彈性模型——為研究在荷載作用下結構彈性階段的工作性能，用勻質彈性材料制成與原型相似的結構模型。
②強度模型——為研究在荷載作用下結構各個階段工作性能，包括直到破壞的全過程反應，用原材料或相似材料制成的與原型相似的結構模型。
模型設計按下列程序進行：
①按試驗目的選擇模型類型；
②按相似原理用方程式分析法或量綱分析法確定相似判據；
③確定模型的幾何比例，即定出長度相似常數Sl；
④根據相似判據確定其他各物理量的相似常數；
⑤設計和繪制模型的施工圖。
由前推導相似判據過程可見，相似常數的個數是多于相似判據的數目，設計時除首先確定長度相似常數Sl外，一般根據可能條件再選定模型材料，亦即確定SE和Sσ，然后推導出其他物理量的相似常數。表18—7—2列出一般靜力試驗彈性模型的相似常數。當設計先確定SE和Sl時，其他物理量的相似常數都是SE和Sl的函數，或是等于1，如應變、泊松比和角變位等均為無量綱數，它們的相似常數Sε、Sν和Sβ均等于1。
對于結構動力試驗模型，除與表18—7—2靜力模型有關材料特性、幾何特性和荷載等物理量有相同的相似關系外，表18—7—3為有關動力性能物理量的相似關系。
上述模型設計所得||各物理量之間的相似關系均是在假定采用理想彈性材料的情況下推導求得的。實際上較多鋼筋混凝土或砌體結構的強度模型要研究結構非線性性能，因此對模型材料的相似要求更為嚴格，必須按實際情況建立相似關系。從表18—7—2可見SE=Sσ的關系，就是要求模型和原型結構的應力應變關系曲線相似，這只有選用與原型結構相同強度和變形的材料時才有可能。
在靜力模型的相似關系中，當SE=Sσ=1時質量密度Sρ=1／Sl，要求模型材料密度為原型材料的Sl倍。這事實上是沒有可能的。為此，當需考慮結構本身的質量和重量對結構性能的影響時，需要在模型上施加附加質量，滿足材料密度相似的要求。 同樣在動力模型中，模擬慣性力，重力時也必須考慮模型和原型結構材料質量密度的 相似。由相似關系SE／(SgSρ)二S，，通常重力加速度相似常數Sg=1，則要求模型材料的彈性模量應比原型的小或密度比原型的，試驗時也采用加附加質量的方法，來彌補材料密度不足所產生的影響。
