曲梁与拱的实验.doc

实验十曲梁与拱的试验曲粱和拱工程是工程(尤其是土木工程)中常见的承力结构,而其刚度和承载力的巨大差异曾使不少同学深感困惑。在本实验中,设法集二者于同一实验,让同学们对照二者承载力和变形的强烈反差,经分析思考,深刻地认识曲粱与拱的基本属性。从其弯矩,轴力的消长的悬殊对比中,理解二者确实存在质的区别。明白为何通常称前者为抗弯结构,后者为推力结构。明白在拱在设计与施工中,为何对拱趾的基础要有那么严格的要求。一、实验目的 1. 认识曲粱与拱的基本属性,理解二者存在质的区别; 2. 理解约束条件与构件承载力的关系,理解超静定结构与静定结构的显著差异。二、实验设备 1. 本实验装置设计如图 所示的结构, 试件为弹簧钢制( 60SiMn ) 的矩形断面圆弧形曲杆, 圆心角为 120°, 轴线半径为 200mm 。拱顶有承载座, 两侧拱腰的 30° 对称截面 C、D处贴有电阻应变片,供测定其轴力和弯矩之用。两拱趾接头片上安有水平托板,供安装测定角位移的百分表之用。拱趾通过辊轴压在两个铰支座上,形成可相对转动而不能错开的铰接状态。铰支座置于方钢管制成的底梁上,其两端装有止推座。调整推力顶丝,提供(或解除)铰支座的移动约束。 2. 实验时, 将本装置置于压杆试验台底板正中, 装上传力挺杆, 调节好杆长, 即可进行实验。压杆试验台的操作,参见本指导书的第 5 项实验说明。应变测量(共 4 片)可借助应变数据自动采集系统完成,基本操作同前。在实验中, 通过改变对拱趾部的约束条件, 可分别做简支曲粱( 静定)、二铰拱( 一次超静定)、无铰拱(三次超静定)等实验。还可做小位移和大位移两种不同状态下的实验。对于小位移状态的实验,要求定量;而大位移状态,所牵涉的问题比较复杂( ( 仍属几何非线性) ,可以只作反复和定性观察和记录,讨论、研究它与小位移状态的区别与联系。图 3 .实验装置的主要参数(1 )试件几何尺寸:曲杆轴线半径 R=200mm 断面 20mm ? 4mm ; (2 )试件材料为弹簧钢,并经热处理,弹性模量 E=210GPa ; (3 )应变片电阻电阻为 120?,灵敏度系 Ks 见试件上的标签。(4 )最大容许荷载[F]=?????无铰拱二铰拱简支曲梁,1900 ,1600 ,300 N N N (5 )自重: 3Kg 三、实验步骤(一)二铰拱实验(1 )实验安装如图 6-1 所示,只需松开两头的锁定螺丝,调整推力螺钉,使两拱趾能自由转动,但不能向外移动,开成一个二铰拱(一次超静定)。(2 )内力测量拱圈上偏角 300 的拱腰 C、D 截面处,内外表面各贴一片应变片。用半桥接法,分别测量两截面的内外侧的应变 i?和e?。由图 可知, 轴力 N 对应的应变 n?与弯矩 M 对应的应变 m?分别为 n?=(i?+e?) /2, N=EA n? n?=(i?-e?) /2, M=EW m?(均按代数值计算) 图 (3 )加载顺序建议可分小位移、大位移状态: 1 )小位移状态, 100 , 200 , 300 ,…, 600N ,级差? F=100N ; 2 )大位移状态, 100 , 400 , 700 ,…, 1600N ,级差? F=300N 。目的在于考察其平衡状态随着变形的增大有何倾向性的变化,即考察不同状态下外力、内力及位移之间