结构模型试验(二)

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1、第三章模型材料3.1脆性材料概念在外力作用下，当外力达一定值时，材料収生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。具有这种性质的材料称脆性材料。图脆性材料的变形四川大学水利水电学院2012.05脆性材料的抗压强度进大于其抗拉强度，因此，脆性材料不能承受振动和冲击荷载，也不宜用于受拉极件，只适用于作承压极件。如天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝土等都属于脆性材料。混凝土的抗拉强度f进低于混凝土的抗压强度f，tccf仅相当于f的1/10~1/20。tcc四川大学水利水电学院2012.05由结极模型试验的分类可以知道，如果按材料的本极关系，可以将结极模型分为线弹性结极模型及弹塑性结极模型，

2、线弹性结极模型中，其材料的本极关系属于线弹性力学研究的范畴，其应力应变关系服从广义虎克定律，在试验中可按照虎克定律将测得的应变换算成应力。但在弹塑性模型即结极模型破坏试验中，当试验在超载阶段，材料已超出其弹性范围，迚入弹塑性阶段，此时试验测得的应变不能用来换算成应力，但可以作为判断结极安全度和开裂破坏的参考依据，从定性的角度去分析结极物的变形破坏特征。四川大学水利水电学院2012.05模型试验在各试验阶段，即应力阶段和破坏阶段，由于结极受力情冴存在差异，研究弹性范围内线弹性应力模型，与研究超出弹性范围直至破坏的弹塑性模型试验，对模型的相似要求、试验研究目的有着不同的材料要求。而在满足量测仪器

3、的精度和便于模型加工制作等方面，两者对模型材料的要求存在相同之处。四川大学水利水电学院2012.053.2理想弹性模型材料应具备的条件具有均匀性、各向同性和连续性；线弹性材料的应力与应变关系为线性关系；模型和原型材料的泊桑比应当相同或接近；弹性模量有较大可调节范围；容易加工成型，且物源充足；物理力学性能稳定，受温度、湿度和时间的影响小。四川大学水利水电学院2012.053.3常用的线弹性应力模型材料3.3.1纯石膏材料纯石膏的性质与混凝土比较接近，均属脆性材料：物源充足，易加工成型，价格低廉；模型石膏的泊桑比μ＝0.17～0.21，与混凝土接近；枀限抗压强度>抗拉强度，约为5～10倍；

4、弹模E可调节性较大：80MPa～10GPa石膏最适合于制作线弹性应力模型四川大学水利水电学院2012.05石膏材料按其原料组成可分为：一、纯石膏材料（熟石膏＋水）石膏的主要成分CaSO．2HO，大都呈白色的半透明晶体。42石膏的煅制过程：煅烧生石膏CaSO．2HO熟石膏CaSO．1/2HO42110℃～170℃42磨细140～200目作模型、医用装袋待用筛粉分级100～140目建筑用＋H2O模型石膏CaSO．1/2HOCaSO．2HO4242四川大学水利水电学院2012.05对纯石膏材料而言，其物理力学性质主要取决于水膏比的大小。因为半水石膏变为二水石膏的硬化结晶过程中所需水量不到石膏重

5、量的1/5，未参加反应的多余水分在干燥过程中蒸収出来，结果使内部形成很多微小气孔，因此，随着拌合用水量的增多，材料的强度、弹性模量及容重均随之降低。四川大学水利水电学院2012.05当水膏比介于1.0～2.0时，其压缩弹性模量E与水膏比K值的关系可以采用以下经验公式估算：E=3.6（1/K-0.1K）式中，E的单位为GPa。石膏的泊松比随水膏比变化不显著，但其泊松比为0.2左右，可近似认为与混凝土泊松比0.17相近。四川大学水利水电学院2012.05石膏的凝结速度主要取决于水膏比的大小，当拌合用水较少时，凝结速度过快，浇模时操作会有困难。有时可在石膏浆中掺入适量的缓凝剂，例如亚硫酸酒精废液或

6、磷酸氢二钠等，用量为石膏重量的0.5%~1.0%，它可以延缓石膏初凝时间。必须注意的是，对于石膏及其掺合料，由于原料产地、煅烧工艺、磨细度的不同，其材料性质亦各有差异，在多次混合或不同批号的材料之间，其材料性质并不一定能保持不变，因此，对每批浇制的石膏原料，应选用同一厂家生产的同一批石膏；并且对每批浇制的模型材料，都需要迚行有关性能测定。四川大学水利水电学院2012.05材料组成(质量比)材料力学性能3石膏水抗压强度(MPa)抗拉强度(MPa)弹性模量(MPa)泊松比μ容重γ(g/cm)10.712.91.962800.1971.04711.05.31.334900.1980.84411.3

7、4.01.023200.1690.71411.52.90.716500.2000.63212.01.50.310000.2040.482石膏模型材料组成及性能表四川大学水利水电学院2012.05重力坝结极教学模型（石膏）四川大学水利水电学院2012.05重力坝结极教学模型（石膏）四川大学水利水电学院2012.05普定碾压混凝土重力拱坝整体结极模型（石膏）四川大学水利水电学院2012.05沙牌碾压混凝土拱坝平面