[發明專利]一種土工離心機內組合材料管廊模型制作方法

有效

• 申請號: 202010486075.0
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111859553B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 刁鈺;劉石;鄭剛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F113/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發明屬于巖土工程實驗技術領域，公開了一種土工離心機內組合材料管廊模型制作方法，選用彈性模量大于實體管節所用混凝土的材料A制作為片體；選用彈性模量小于實體管節所用混凝土的材料B制作為主體；通過確定和修正主體和片體的尺寸，使主體與片體的對中性軸抗彎剛度之和等于縮尺管節的截面抗彎等效剛度；將片體貼合于與主體制作成縮尺管節；多個縮尺管節連接為模型管廊，并在縮尺管節的連接處安裝橡膠墊。本發明通過剛度等效原理，所制作管廊模型的截面抗彎等效剛度與原型管廊的截面抗彎剛度之比為1/N⁴,因此在土工離心機試驗中與實際情況有相似的形變場。

技術領域

本發明屬于巖土工程實驗技術領域，具體的說，是涉及一種在剛度等效的條件下管廊縮尺模型的制作方法，適合應用于離心機內狹小空間。

背景技術

離心機模型試驗的基本原理是將由原型結構或構件按一定比例制作成縮尺模型，置于由離心機主軸高速轉動產生的高離心應力場中，加大縮尺模型受到的體力，使縮尺模型受到體力與面力擴大一定倍數，并表現出與原型結構或構件相似的變形過程。其中擴大倍數N與轉速rpm的換算關系為：

N＝1.11×10^-5×R×(rpm)²/g (1)

式中：

N——模型受力擴大倍數；

R——土工離心機旋轉半徑(cm)；

rpm——土工離心機轉速(r/min)；

g——重力加速度(m/s²)。

表1土工離心機模型試驗相似關系

通過離心機對縮尺模型施加轉速，使縮尺模型所受外力與實際情況等效。為了使縮尺模型應變狀態與實際情況相似，需要保證縮尺模型與原型管廊/隧道抗彎剛度之比為1/n。但是，難以找到一種易于加工、具有一定強度且彈性模量與原型結構混凝土彈性模量完全相同的材料。

發明內容

本發明著力于解決在離心機內縮尺條件下模型的剛度等效問題，提供了一種土工離心機內組合材料管廊模型制作方法，可以實現在離心機試驗中縮尺模型與原型管廊變形情況達到盡可能的相似。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現：

一種土工離心機內組合材料管廊模型制作方法

，該管廊模型由多個縮尺管節連接構成，所述縮尺管節按照如下步驟制作：

(1)根據原型管廊的實體管節尺寸，得到實體管節的截面抗彎剛度，并得到所述縮尺管節的外框尺寸；

(2)根據實體管節的截面抗彎剛度和模型受力擴大倍數，得到所述縮尺管節的截面抗彎等效剛度；

(3)選用彈性模量大于所述實體管節所用混凝土的材料A，將材料A制作為長寬尺寸與所述縮尺管節上表面和/或下表面的長寬尺寸相同的一個或兩個片體，通過修正所述片體的厚度，使所述片體的對中性軸抗彎剛度達到所述縮尺管節的截面抗彎等效剛度的80％至95％；

(4)選用彈性模量小于所述實體管節所用混凝土的材料B，將材料B制作為主體，所述主體的長寬尺寸與所述縮尺管節的外框長寬尺寸相同，所述主體的高度等于所述縮尺管節的外框高度與所述片體的厚度之差；

(5)通過修正所述主體的內框尺寸，使所述主體與所述片體的對中性軸抗彎剛度之和等于所述縮尺管節的截面抗彎等效剛度；

(6)將步驟(3)得到的所述片體與步驟(4)得到的所述主體上表面和/或下表面貼合固接，制作成所述縮尺管節。