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结构模型分析与土木工程检测技术的分析 　　摘要：随着土木工程建设的不断发展，结构的形式与功能日趋复杂，人们对现代工程的质量和寿命越来越重视。我国目前仍是一个发展中国家，经济还不算发达，修筑一项工程理所当然地希望能长久使用。因此如何充分发挥结构的潜力、产生更大的经济效益尤为重要。 　　关键词：结构模型;土木工程;检测;分析 　　一、基本概念 　　 结构模型是指一切以缩小比例（与全尺寸的原型相比）制成并用以作试验的，其试验结果必须以模拟理论来加以转换的结构构件或构件的组合体。按照模型分析的要求，设计、制作结构模型，配置相应的荷载及测量装置的过程，称为模型化过程。在模型化过程中，按照模拟要求进行改变的物理量，称为模拟量。 　　 在科学上，以下三个关于模型的概念是比较明确的。 　　 （l）数学模型是描述所研究现象的固有形状和单值条件的物理变量之间的数学关系式（通常是微分方程）。 　　 （2）计算模型是建立在数学模型及其变换基础上的，可直接用于数值计算的代数方程组。 　　 （3）物理模型是将所研究对象根据相似理论的原则按比例制成的物体或系统。而被研究的对象，则称为模型的“原型”。 　　 模型试验是按一定的几何、物理关系，用模型代替原型进行测试研究，并将研究结果用于原型的试验方法。就结构工程而言，模型试验有以下的主要作用。 　　 （l）对复杂的、尚未或难以建立准确数学模型的结构的力学行为进行研究，为设计或施工方案提供参考和依据，直接服务于工程目的。 　　 （2）为建立新的理论或计算（数学）模型提供依据。 　　 （3）检验新的理论或计算（数学）模型的正确性或实用性。在结构研究方面，通过模型分析可以帮助建立新的、特殊结构的数学模型。通过模型分析可以显示结构受力后的变化特征，使研究者抓住主要矛盾，提出合理的基本假定。建立合理的数学模型并进行数学分析。特别对于非完全弹性的结构体系、结构形式与尺寸超出常规的结构，各种异形的壳体、实体结构等，模型分析的作用是较大的。它不但是数学分析的出发点，而且也同时在终点与数学分析再次相遇，作为对数学分析结果进行控制性校验的有力手段。在工程设计方面，模型分析除作为独立的分析方法与数学分析相对比、相补充外，还用于确定持殊体型结构的风荷载分布，地震反应、港口构筑物的波浪冲力等等。特别对下面一些建筑物、构筑物，模型分析是常用的辅助分析手段：高层建筑、塔式结构、高耸构筑物及各种大跨度桥梁;形状特殊的壳体结构及壳体的组合;核动力结构，包括反应堆结构、核动力站的安全壳体结构等;具有复杂几何形状的结构板、块体及它们的组合;复杂体型的、曲线走向的桥梁;各种大坝;特殊防护结构，特殊用途（军事、科研等）设施的、承受特殊作用力的结构。 　　 模型分析的测量与数据采集技术，还可用于对现存实际建筑物、结构物的评估。这时的测试对象，己不是缩小比例的模型，而是原型本身。在现实生活中常遇到要求对已有结构物的强度，耐久性，适用程度进行评价。旧有结构物的原始资料如图纸，材料测定报告等可能已散失，隐蔽工程又无从确认;在长期使用过程中曾受过人为的或自然力的损伤，而这一损伤又没有准确的记录;某些外力的损伤也难以用数字或公式描述（如火灾、爆炸、台风等）。种种原因造成结构的不安全，使得人类迫切希望了解结构的现存能力。此外对实际结构的测量，也可看作是一种比率为1：1的模型分析。因此结构模型分析理所当然包括工程检测。 　　二、模型分析的优点与存在的问题 　　 模型分析最大的优势就是节约资金与人力。例如做某一原型的1/20比例的模型，那么它耗用的材料就只有原型的（1/20）3=1/8000。试验用的均布荷载总量，根据受力面积的缩小比例，缩小为（1/20）2=1/400。假如仅作弹性阶段的试验，那么可以考虑用弹性模量较原型低的材料来做模型，加载还可以按二者的弹性模量之比再减少。若原型是一个钢筋混凝土结构，用有机玻璃来做它的弹性阶段的模型，那么均布荷载的总量就可以，进一步由1/400减为1/3000左 　　右。考虑一个结构的模型分析，有以下几方面的问题必须加以注意。 　　 为了减小材料用量及荷载值，模型应当力求小些。但过于细小的模型，常因制作精度的原因反而增大成本。同时模型过于细小会带来加载与测量上的种种不便，而使试验的精度下降。图1表示模型比例与模型成本的曲线关系。当缩小比例超过一个合理的限值后，其模型成本反而上升。当然制作模型的成本并非决定模型比例的唯一因素。因为模型分析的最终目的是要求得结构的受力状态，所以必须综合考虑制作、加载、测量，采集等各个环节的要求来决定模型的制作比例。 　　 有些量在模型化过程中的缩减，会导致模型的受力状态与原型的受力状态之间不一致。也就是说不存在一个能百分之百模拟原型的结构模型。最明显的，结构