结构模型试验设计.doc

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1、结构模型试验设计在工程实践和理沦研究中.结构试验的对象大多是实际结构的模型。对于工程结构中的构件或结构的某一局部，如梁、柱、板、墙，有可能进行足尺的结构试验。但对于整体结构，除进行结构现场静动载试验外，受设备能力和经济条件的限制，实验室条件下的结构试验大多为缩尺比例的结构模型试验。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在结构设计规范中，对各种各样的结构分析方法做出了规定。例如，线弹性分析方法，考虑塑性内力重分布的方法，塑性极限分析方法，非线性分析方法和试验分析方法等。其中，试验分析方法在概念上与计算分析方法有较大的差别。试验分析方法通过

2、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。应但指出，电子计算机的飞速发展，基于计算机的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，并广泛应用于工程实践中。模型一般是指按比例制成的小物体，它与另一个通常是更大的物体在形状上精确的相似，模型的性能在一定程度可以代表或反映与它相似的更大物体的性能。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

3、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。对于结构模型试验,工程师和研究人员最关心的问题是结构模型试验结果在多大程度上能够反映原型结构的性能。而模型设计是结构模型试验的关键环节。一般情况下，结构模型设计的程序为:(1)分析试验目的和要求，选择模型基本类型。缩尺比例大的模型多为弹性模型，强度模型要求模型材料性能与原型材料性能较为接近。(2)对研究对象进行理论分析，用分析方程法或量纲分析法得到相似判据。对于复杂结构，其力学性能常采用数值方法计算，很难得到解析的方程式，多采用量纲分析法确定相似判据。（3）确定几何相

4、似常数和结构模型主要部位尺寸。选择模型材料。（4）根据相似条件确定各相似常数。（5）分析相似误差，对相似常数进行必要的调整。（6）根据相似第三定理分析相似模型的单值条件，在结构模型设计阶段，主要关注边界条件和荷载作用点等局部条件。相似理论是模型试验的基础。进行结构模型试验的目的是试图从模型试验的结果分析预测原型结构的性能，相似性要求将模型结构和原型结构联系起来。（7）形成模型设计技术文件，包括结构模型施工图，测点布置图，加载装置图等。加载图式的选择与设计结构试验时的荷载作用应使结构处于某一种实际可能的最不利工作状态。试验时，荷载的图式要与结构设计计

5、算的荷载图式一样，结构的工作和其实际情况才最为接近。有时，也常由于一些原因而采用不同于设计计算所规定的荷载图式，对这些情况应注意。如试验时采用某种更接近于结构实际受力情况的荷载布置方式。或采用等效荷载的方式来改变原来的加载图式。采用等效荷载试验时，必须全面验算由于荷载图式改变对结构产生的各种影响。必要时，应对结构构件作局部加强，或对某些参数进行修正。当构件满足强度等效而整体变形条件不等效时，则需对所测变形进行修正。当取弯矩等效时，尚需验算剪力对构件的影响。同时要求采用等效荷载的试验结果所产生的误差控制在试验允许的范围以内。试验加载装置的设计为保证试

6、验工作的正常进行，对于试验加载用的设备装置，也必须进行专门的设计。在使用实验室内现有的设备装置时，也要按每项试验的要求对装置的强度刚度进行复核计算。对于加载装置的强度，首先要满足试验最大荷载量的要求，保证有足够的安全储备，同时要考虑到结构受载后有可能使局部构件的强度有所提高。试验加载装置在满足强度要求的同时，还必须考虑刚度的要求，在结构试验时，如果加载装置刚度不足时，将难以获得试件极限荷载下的性能。试验加载装置设计还要求使它能符合结构构件的受力条件，要求能模拟结构构件的边界条件和变形条件，否则就失去了受力的真实性。在加载装置中还必须注意试件的支承方

7、式。试验加载装置除了在设计上要满足一系列要求外，应尽可能使其构造简单，组装时花费时间少，特别是当要做同类型试件的连续试验时，还应考虑能方便试件的安装，并缩短其安装同调整的时间。要掌握结构试验时构件空间就位形式的不同和特点。结构模型试验的加载制度试验加载制度是指结构试验进行期间控制荷载与加载时间的关系。它包括加载速度的快慢、加载时间间歇的长短、分级荷载的大小和加载、卸载循环的次数等。结构构件的承载能力和变形性质与其所受荷载作用的时间特征有关。对于不同性质的试验，必须根据试验的要求制订不同的加载制度。合理选择均布荷载或集中荷载的加载图式，数量及作用位置

8、布置。也可以根据试验的目的要求，采用与计算简图等效的荷载图式。荷载种类和加载图式确定以后，还应按一定程序加载。加载程序可以