一級結構基礎輔導：模型材料
發布時間：2010-01-14 共1頁
7.3 模型材料
7.3.1 彈性模型材料
當模型試驗的目的在于研究彈性階段的應力狀態，模型材料應盡可能與一般彈性理論 的基本假定一致，即要求勻質、各向同性、應力與應變成線性關系和固定的泊松比。模型 材料可與原型材料不同，常用的有金屬(鋼、鋁合金)，塑料(環氧樹脂、有機玻璃等)、 石膏等。
7.3.1.1 金屬材料
金屬的力學性能都符合彈性理論的基本假定。常用的有鋼材和鋁合金，鋁合金允許 有的應變量，鋼和鋁合金的泊松比為0．30，比塑料更接近混凝土的泊松比。金屬的彈 性模量比塑料、石膏等都要高，要求試驗荷載，模型加工制作較困難。
7.3.1.2 塑料
制作模型的塑料種類很多，熱固性的有環氧樹脂，聚酯樹脂；熱塑性的如聚氯乙烯，有機玻璃。塑料作為模型材料的優點是強度高而彈性模量低，容易加工。缺點是徐變較，彈性模量受溫度變化的影響也。
有機玻璃是各向同性的勻質材料，模型試驗中用得較多，由于徐變較，試驗中要控制材料的應力。環氧樹脂塑料可在半流體狀態澆注成型，然后固化。如在環氧樹脂中加入鋁粉或其他填充料，可以改善和調整力學性能，以滿足材料的相似要求。
7.3.1.3 石膏
用石膏制作模型，其優點是容易加工，成本較低，泊松比與混凝土十分接近，彈性模量可以改變。其缺點是抗拉強度低，要獲得均勻和正確的彈性模量比較困難?？梢栽谑鄡葥饺艘欢ǖ膿胶狭虾途從齽﹣砀纳撇牧系男阅?。
石膏模型可用石膏漿注入尺寸準確的模子來制作，也有將石膏澆注成整塊后進行機械 加工。石膏也可用以致地模擬混凝土的塑性工作，配筋的石膏模型常用來模擬鋼筋混凝 土板殼的破壞形態。
7.3.2 強度模型材料
如果模型試驗的目的在于研究結構的全部工作特性，包括超載一直到破壞，由于對模 型材料模擬的要求更加嚴格，通常采用與原型極為相似的材料或原型完全相同的材料來制 作模型。
7.3.2.1 水泥砂漿
水泥砂漿曾被廣泛地用來作鋼||筋混凝土板殼等薄壁結構的模型。它的性能無疑與有 骨料的混凝土不同，但對比上述提到的幾種材料來看，它畢竟還是比較接近混凝土的?？?nbsp; 以通過調整細骨料含量和水灰比來改善和滿足力學性能的要求。
7.3.2.2 微粒混凝土
微粒混凝土同樣是由細骨料、水泥和水組成的專門用于結構模型試驗的一種新型材 料，又稱為模型混凝土。它是用2．5～5．0㎜的粗砂代替普通混凝土中的粗骨料礫石，用0．15～2．5m的細砂代替普通混凝土中的細骨料砂粒，并按一定級配和水灰比組成。經級配設計在正確控制骨料用量和水灰比的情況下，它的力學性能可以與普通混凝土有令人 滿意的相似性。骨料粒徑要根據模型幾何尺寸而定，一般最粒徑不于截面最小尺寸的1／3。
7.3.2.3 模型鋼筋
模型鋼筋一般都是用盤狀細鋼筋，使用前先要拉直，拉直過程是一次冷加工。為能模擬實際結構中鋼筋和混凝土的粘結情況，要求通過專用設備將鋼筋表面壓痕。以上的加工都會改變材料的性能，使用前要將以熱處理，使它恢復到有明顯的屈服點，增加鋼筋的延性。
7.3.2.4 模型磚塊
為模擬磚石或砌塊結構的強度模型，基本上是使用與原型結構相同的磚或砌塊。由于模型比例的要求，一般是將原型的材料加工切割成小比例尺寸的磚材或砌塊，也可以向磚廠或砌塊廠按尺寸要求特殊加工。
7.3.1 彈性模型材料
當模型試驗的目的在于研究彈性階段的應力狀態，模型材料應盡可能與一般彈性理論 的基本假定一致，即要求勻質、各向同性、應力與應變成線性關系和固定的泊松比。模型 材料可與原型材料不同，常用的有金屬(鋼、鋁合金)，塑料(環氧樹脂、有機玻璃等)、 石膏等。
7.3.1.1 金屬材料
金屬的力學性能都符合彈性理論的基本假定。常用的有鋼材和鋁合金，鋁合金允許 有的應變量，鋼和鋁合金的泊松比為0．30，比塑料更接近混凝土的泊松比。金屬的彈 性模量比塑料、石膏等都要高，要求試驗荷載，模型加工制作較困難。
7.3.1.2 塑料
制作模型的塑料種類很多，熱固性的有環氧樹脂，聚酯樹脂；熱塑性的如聚氯乙烯，有機玻璃。塑料作為模型材料的優點是強度高而彈性模量低，容易加工。缺點是徐變較，彈性模量受溫度變化的影響也。
有機玻璃是各向同性的勻質材料，模型試驗中用得較多，由于徐變較，試驗中要控制材料的應力。環氧樹脂塑料可在半流體狀態澆注成型，然后固化。如在環氧樹脂中加入鋁粉或其他填充料，可以改善和調整力學性能，以滿足材料的相似要求。
7.3.1.3 石膏
用石膏制作模型，其優點是容易加工，成本較低，泊松比與混凝土十分接近，彈性模量可以改變。其缺點是抗拉強度低，要獲得均勻和正確的彈性模量比較困難?？梢栽谑鄡葥饺艘欢ǖ膿胶狭虾途從齽﹣砀纳撇牧系男阅?。
石膏模型可用石膏漿注入尺寸準確的模子來制作，也有將石膏澆注成整塊后進行機械 加工。石膏也可用以致地模擬混凝土的塑性工作，配筋的石膏模型常用來模擬鋼筋混凝 土板殼的破壞形態。
7.3.2 強度模型材料
如果模型試驗的目的在于研究結構的全部工作特性，包括超載一直到破壞，由于對模 型材料模擬的要求更加嚴格，通常采用與原型極為相似的材料或原型完全相同的材料來制 作模型。
7.3.2.1 水泥砂漿
水泥砂漿曾被廣泛地用來作鋼||筋混凝土板殼等薄壁結構的模型。它的性能無疑與有 骨料的混凝土不同，但對比上述提到的幾種材料來看，它畢竟還是比較接近混凝土的?？?nbsp; 以通過調整細骨料含量和水灰比來改善和滿足力學性能的要求。
7.3.2.2 微粒混凝土
微粒混凝土同樣是由細骨料、水泥和水組成的專門用于結構模型試驗的一種新型材 料，又稱為模型混凝土。它是用2．5～5．0㎜的粗砂代替普通混凝土中的粗骨料礫石，用0．15～2．5m的細砂代替普通混凝土中的細骨料砂粒，并按一定級配和水灰比組成。經級配設計在正確控制骨料用量和水灰比的情況下，它的力學性能可以與普通混凝土有令人 滿意的相似性。骨料粒徑要根據模型幾何尺寸而定，一般最粒徑不于截面最小尺寸的1／3。
7.3.2.3 模型鋼筋
模型鋼筋一般都是用盤狀細鋼筋，使用前先要拉直，拉直過程是一次冷加工。為能模擬實際結構中鋼筋和混凝土的粘結情況，要求通過專用設備將鋼筋表面壓痕。以上的加工都會改變材料的性能，使用前要將以熱處理，使它恢復到有明顯的屈服點，增加鋼筋的延性。
7.3.2.4 模型磚塊
為模擬磚石或砌塊結構的強度模型，基本上是使用與原型結構相同的磚或砌塊。由于模型比例的要求，一般是將原型的材料加工切割成小比例尺寸的磚材或砌塊，也可以向磚廠或砌塊廠按尺寸要求特殊加工。
