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，

2、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，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

3、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

4、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；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℃～1

5、70℃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

6、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

7、，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)10.712.91.962800.1971.04711.05.31.334900.1980.84411.34.01.023200.1690.71411.52.90.716500.2000.63212.

8、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