1.1建築結構模型試驗設計
在工程實踐和理論研究中，結構試驗的物件大多是實際結構的模型。對於工程結構中的構建或結構的某一區域性，如梁、柱、板、牆，有可能進行足尺的結構試驗。但對於整體結構，除進行結構現場靜動載試驗外，受裝置能力和經濟條件的限制，實驗條件下的結構試驗大多為縮尺比例的結構模型試驗。
模型一般是指按比例製成的小物體，它與另乙個通常是更大的物體在形狀上精準的相似，模型的效能在一定程度可以代表或反映與它相似的更大物體的效能。
模型試驗的理論基礎是相似理論。仿照原型結構，按相似理論的基本原則製成的結構模型，它具有原型結構的全部或部分特徵。通過實驗，得到與模型的力學效能相關的測試資料，根據相似理論，可由模型實驗結果推斷原型結構的效能。
對於結構模型試驗，工程師和研究人員最關心的問題是結構模型試驗結果在多大程度上能夠反映原型結構的效能。而模型設計是結構模型試驗的關鍵環節。一般情況下，結構模型設計的程式為：
（1）分析實驗目的和要求，選擇模型基本型別。縮尺比例大的模型多為彈性模型，強度模型要求模型材料效能與原材料效能較為接近。
（2）對研究物件進行理論分析，用分析方程或量綱分析法得到相似判據。對於複雜結構，其力學效能常採用數值方法計算，很難得到解析的方程式，多採用量綱分析法確定相似判據。
（3）確定幾何相似常數和結構模型主要部位尺寸。選擇模型材
（4）根據相似條件確定各相似常數。
（5）分析相似誤差，對相似常數進行必要的調整。
（6）根據相似第三定理分析相似模型的單質條件，在結構模型設計階段，主要關注邊界條件和荷載作用點等區域性條件。
（7）形成模型設計技術檔案，包括結構模型施工圖，測點布置圖載入裝置圖等。
在在上述各步驟中，對結構模型設計和試驗影響最大的是結構模型尺寸的確定。通常，模型尺寸確定後，其他因素如模型材料、模型加工方式、試驗載入方式、測點布置方案等也基本確定了。
1.2模型試驗的方法
·靜力結構模型設計
1、線彈性模型設計
線彈性效能是工程結構的主要效能之一。不論採用何種結構型別，當結構的應力水平較低時，結構的效能都可以用線彈性理論描述。按照線彈性理論，結構所受荷載與結構產生的形變以及應力之間均為線性關係。
對於由同一種材料組成的結構，影響應力大小的因素有荷載f、結構幾何尺寸l和材料的泊松比v，於是，應力表示式可寫為：
=（f，l，v）
通過量綱分析有
由上式可知，線彈性結構的相似條件為幾何相似、荷載相似、邊界條件相同，不要求虎克定律相似，但要求泊松比相似，即
設計線彈性模型時，要求
2、非線性結構模型設計
工程結構可能出現兩類典型的非線性現象，一類是由材料的應力-應變關係為非線性關係所引起，稱為材料非線性。例如，鋼筋混娘土結構的強度模型一般具有材料非線性特徵。另一類是由於結構產生較大的變形或轉動使結構的平衡關係發生變化而引起，稱為幾何非線性。
例如，大跨徑懸索橋中懸索的受力特性具有幾何非線性特徵。兩種非線性的共同之處是它們都使得結構荷載與結構變形之間為非線性關係。但對於幾何非線性的結構，結構的應力和應變之間可以保持線性關係。
對於這種情況，應力與荷載、結構尺寸、材料彈性模量以及泊松比有關，於是，應力表示式為：
通過量綱分析，可將包括5個物理量的基本方程轉化為包含3個無量綱乘積
的關係式：
或寫成這就是可慮幾何非線性的彈性結構模型的相似判據方程。為了求得原型結構的應力，模型結構應與原型結構幾何尺寸相似、荷載相似以及邊界條件相同。模型與原型應滿足下列相似關係：
有以上分析可以知道，採用原型相同材料製作的模型，可以模擬原型結構線彈性階段和幾何非線性彈性階段的受力效能。
3、鋼筋混凝土強度模型設計
鋼筋混凝土結構的承載能力很大程度上取決於混凝土和鋼筋的力學效能。當縮尺比例較大時，由於材料特性與其構成尺寸密切相關，鋼筋混凝土強度模型很難做到完全相似的程度。而模型設計的成功與否主要取決與材料特性的相似設計。
對鋼筋混凝土強度模型的選用的材料有較嚴格的相似要求。理想的模型混凝土和模型鋼筋應與原型結構的混凝土和鋼筋之間滿足下列相似要求：
（1） 幾何相似的混凝土受拉和受壓的應力-應變曲線；
（2） 在承載能力極限狀態，有基本相似的變形能力；
（3） 多軸應力狀態下，相同的破壞準則；
（4） 鋼筋和混凝土之間有相同的粘結-滑移效能；
（5） 相同的泊松比。
鋼筋混凝土結構強度模型的相似常數
4、砌體結構強度模型設計
與混凝土結構相似，砌體結構的效能也與構成尺寸有密切的關係。砌體結構的縮尺模型試驗能否反映原型結構主要效能，關鍵問題是模型砌體結構中的塊體和灰縫如何模擬。在原型結構中，普通粘土磚的尺寸為53mm*115mm*240mm，水平灰縫厚度為10mm。
20世紀50年代，國外有人曾經研究採用最小到1/10比例的模型磚砌築的砌體結構效能，但一般認為模型砌體結構的最大縮尺比例不宜超過4，也就是採用1/4比例的模型轉。模型轉的長度為60mm，大多採用原型磚經切割加工而成。
·動力結構模型設計
與靜力效能相比，結構動力效能的差別主要因結構本身的慣性作用所引起。因此，結構動力模型的設計應仔細考慮與時間相關的物理量的相似關係。
動力模型的相似要求
·熱應力結構模型設計
工程結構可能處在不同的溫度環境下，有時溫度作用對結構效能有決定性的影響。典型結構試驗例項是核反應堆芯容器的熱應力模型試驗。另一類溫度應力問題是超靜定結構在常溫下的工作效能。
例如，考慮溫度應力，建築結構應設定伸縮縫。鋼筋混凝土無鉸拱橋由於溫度作用可能產生較大約束力，大體積混凝土結構由於混凝土的水化熱可能導致混凝土開裂，火災環境下混凝土結構的效能等都涉及溫度作用下結構模型試驗。溫度是乙個獨立的物理量，其量綱屬於基本量綱。
溫度應力結構模型相似常數
在溫度應力模型試驗中，也可能遇到（應變）畸變模型，在表中稱為應變失真模型。在結構靜力和動力模型試驗中，由於實現完全相似的困難，有時只能採用應變失真模型，出於同樣的理由，溫度應力模型也可能是應變失真模型。從表中可以看出，對於應變失真模型，引入了兩個獨立相似常數，及線膨脹係數相似常數和溫度相似常數，這導致模型中溫度產生的應變（線膨脹）相對圓形發生失真，因此修正。
結構模型試驗是工程結構設計和理論研究的主要手段之一。在結構設計規範中，對各種各樣的結構分析方法做出了規定。例如，線彈性分析法，考慮塑性內力重分布的方法，甦醒極限分析方法，非線性分析方法和實驗分析方法等。
其中，實驗分析方法在概念上與計算分析方法有較大的差別。實驗分析方法通過結構試驗，得到體形複雜或受力狀況特殊的結構或結構的一部分內力、變形、氣動特徵、破壞形態等，為結構設計或複核提供依據。應當指出，隨著電子計算機的飛速發展，基於計算機的結構分析方法已經能夠解決很多結構分析問題，但結構模型試驗仍有不可代替的地位，並廣泛應用於工程實踐中。
1.3針對斷筋渡槽模型試驗設計
1 加固處理現場試驗
為控制加固處理施工質量，加固處理施工前應先進行現場試驗，包括加固施工工藝性試驗與填充材料試驗、焊接效果試驗以及填充加固效果等試驗。
1.1 試驗目的
在現場模仿斷筋情況澆築試驗構件，進行開槽、焊接鋼筋、填充加固相關試驗。填充材料可選擇微膨脹細石混凝土、預縮高強砂漿或水泥基滲透結晶補強型材料等進行試驗。
通過現場焊接試驗形成一套適應現場焊接工作面、操作性強、成熟實用並能保證焊接質量的焊接方案、工序與焊接工藝，以規範操作、指導後續大面積焊接施工；通過焊接試驗，在滿足焊接質量的前提下選擇合適的加固處理焊接開槽空間，包括斷筋兩側與背後的空間；了解焊接高溫對周邊混凝土影響情況，為填補孔洞前對周邊混凝土的處理提供參考依據；通過試驗提出減小焊接高溫對周邊混凝土與焊接麵外鋼筋影響的措施；通過現場補洞填充加固材料試驗，優選填充材料，選擇能夠填充密實、與老混凝土結合良好、與鋼筋粘結緊密的材料；選擇適宜的材料配比；通過試驗提出一套保證填充質量的施工方案、工序與工藝。
1．2試驗依據
1.2.1 檔案依據
（1）《南水北調中線一期工程總幹渠沙河南～黃河南段（中線建管局直管專案）沙河渡槽工程第三施工標段招標檔案（合同編號：zxj/sg/sh-003）》南水北調中線幹線工程建設管理局2023年12月；
（2）《關於盡快對沙河渡槽第三施工標段箱基渡槽、落地槽進行結構複核和安全評價的函》豫直局技函【2011】22號；
（3）《關於盡快提出沙河渡槽工程第三施工標段箱基渡槽和落地槽部分受力鋼筋被截斷問題處理方案的函》豫直局技函【2011】32號；
（4）《南水北調中線幹線工程沙河渡槽第三施工標段質量問題專家諮詢意見》；
（5）南水北調中線幹線工程建設管理局河南直管建管局平頂山專案部、水電九局沙河渡槽第三標段專案部、沙河渡槽工程建設監理部2023年12月14日提供的《箱基渡槽螺栓孔切斷鋼筋檢查統計表》（備註：斷筋數量以最終檢測報告為準）；
（6）南水北調中線幹線工程建設管理局《涵洞式渡槽土建工程設計技術規定》
1.2.2規範、規程與技術標準
（1）《水工混凝土結構設計規範》sl191-2008；
（2）《建築結構荷載規範》gb50009—2001；
（3）《水工建築物荷載規範》dl 5077-1997；
（4）《混凝土結構加固設計規範》gb50367-2006;
（5）《混凝土結構工程施工及驗收規範》（gb50204-2002）；
（6）《混凝土質量控制標準》（gb50164-92）；
（7）《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》（gb1499-1998）；
（8）《熱軋鋼筋》（gbl499-84）；
（9）《碳鋼焊條》gb/t5117；
（10）《低合金鋼焊條》gb/t5118；
（11）《鋼筋焊接及驗收規範》（jgjl8-2003）；
（12）《水工混凝土鋼筋施工規範》（dl/t5169-2002）；
（13）《水工混凝土施工規範》（dl/t5144-2001）；
（14）《水工混凝土外加劑技術規程》（dl／t5100-1999）；
獵德大橋模型試驗生產實習報告
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