組合梁彎曲的應力分析實驗

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1、1.引言22.組合梁的實驗32.1實驗儀器32.1.1電阻應變儀32.2測量電橋的接法42.3實驗原理52.4實驗數(shù)據(jù)83．有限元計算93.1鋼鋼梁的有限元分析103.2鋼鋁梁的有限元分析113.3鋼鋼楔形梁的有限元分析133.4整梁的有限元分析144.計算結果分析164.1有限元值和實驗值對比分析164.2四種梁的承載能力分析195.結論19綜合實驗——組合梁彎曲的應力分析實驗1.引言在建筑工程中經(jīng)常將２種或３種以上的材料組合在一起共同承載，這種梁稱為層合梁。鑒于層合梁在工程中的廣泛應用，有必要對層合梁的彎曲正應力進行測試分析，為工程計算提供實驗依據(jù)。工程中常用的現(xiàn)澆式框架和裝配式框架都有各

2、自的優(yōu)點與缺點。前者整體性好，抗震性好，剛度大，但模板用量大且在現(xiàn)澆過程中需設置臨時支撐，因而施工周期長；后者模板用量小，構件預制且可省去臨時支撐，施工周期短，但整體性差，抗震性能也較差。疊合框架具有上述兩種結構的優(yōu)點，其整體性好，抗震性好，節(jié)省臨時支撐，有較好的應用前景。疊梁是指一根梁自然疊放在另一根梁上而形成的組合結構，上部的梁受到外荷載的作用而產生變形，從而將一部分力傳遞到下部的梁上,形成梁間的接觸力。疊梁在實際工程中并不少見，較為常見的供電、供水等工程的管道橋梁就屬于此類結構。電纜套在鋼管內，鋼管又擱放在橋梁上，于是鋼管與橋梁便組成了疊梁形式的結構。這類結構上部的梁有多少力傳遞到下部梁

3、上以及其分布情況常需要獲得其具體數(shù)據(jù)。本文通過有限元值和實驗值的對比發(fā)現(xiàn)，兩者比較吻合，得到了四種梁沿高度方向的應力分布規(guī)律，為工程實踐的組合梁設計提供了參考依據(jù)，具有一定的工程價值。2.組合梁的實驗2.1實驗儀器2.1.1電阻應變儀各種不同規(guī)格及各種品種的電阻應變計現(xiàn)在有二萬多種，測量儀器也有數(shù)百余種，但按其作用原理，電阻應變測量系統(tǒng)可看成由電阻應變計、電阻應變儀及記錄器三部分組成。其中電阻應變計可將構件的應變轉換為電阻變化。電阻應變儀將此電阻變化轉換為電壓（或電流）的變化，并進行放大，然后轉換成應變數(shù)值。17圖2.1惠思登電橋原理圖其中電阻變化轉換成電壓（或電流）信號主要是通過應變電橋(惠

4、斯頓電橋)來實現(xiàn)的，下面簡要介紹電橋原理。應變電橋一般分為直流電橋和交流電橋兩種，本篇只介紹直流電橋。電橋原理圖所示，它由電阻R1、R2、R3、R4組成四個橋臂，AC兩點接供橋電壓U。圖中UBD是電橋的輸出電壓，下面討論輸出電壓與電阻間的關系。通過ABC的電流為：I1=U/(R2+R1)通過ADC的電流為：I2=U/(R3+R4)????BD二點的電位差UBD=I1R2-I2R3=（R2R4-R1R3）U/(R2+R1)(R3+R4)當UBD=0,即電橋平衡。由此得到電橋平衡條件為：R1R3=R2R42.1如果R1=R2=R3=R4=R，而其中一個R有電阻增量，式中2ΔR與4R相比為高階微量，

5、可略去，上式化為2.2如果R1=R2=R3=R4為電阻應變計并受力變形后產生的電阻增量為、、、代入式中，計算中略去高階微量，可得2.317將式代入上式可得2.4電橋可把應變計感受到的應變轉變成電壓（或電流）信號，但是這一信號非常微弱，所以要進行放大，然后把放大了的信號再用應變表示出來，這就是電阻應變儀的工作原理。電阻應變儀按測量應變的頻率可分為：靜態(tài)電阻應變儀、靜動態(tài)電阻應變儀、動態(tài)電阻應變儀和超動態(tài)電阻應變儀，下面我們簡要介紹常用的靜態(tài)電阻應變儀中的一種應變儀--數(shù)字電阻應變儀。2.2測量電橋的接法各種應變計和傳感器通常需采用某種測量電路接入測量儀表，測量其輸出信號。對于電阻應變計或者電阻應

6、變計式傳感器，通常采用電橋測量電路，將應變計引起電阻變化轉換為電壓信號或電流信號。電橋的測量電路由電阻應變計及電阻組成橋臂，電橋的應變計接橋方式分為半橋和全橋。在實際測量中，可以利用電橋的基本特性，采用各種電阻應變計在電橋中不同的連接方法達到不同的測量目的：a.實現(xiàn)溫度補償。b.比較復雜的組合應變中測出指定成分而排除其他成分。c.擴大應變儀的讀數(shù)，以減少讀數(shù)誤差，提高測量靈敏度。在實際測量中，常采用的電橋連接方法包括如下幾種：(1)全橋接線法在測量電橋的四個橋臂上全部連接電阻應變計，稱為全橋接線法（全橋線路）。在實際測量過程中分為以下兩種情況：1)全橋測量電橋的四個橋臂上都接工作應變計。2)相

7、對兩橋臂測量電橋相對兩橋臂接工作應變計，另外相對兩橋臂接溫度補償應變計。(2)半橋接線法17若在測量電橋的橋臂AB和BC上接應變計，而另外兩橋臂DA和CD接電阻應變儀的內部固定電阻R，則稱為半橋接法（或半橋線路）。由于橋臂DA和CD接固定電阻，不感受應變，因此對于等臂電橋得知應變儀的讀數(shù)為,實際測量時，在AB上接一工作應變計，而在BC上接溫度補償應變計。(3)應變儀的實際接法儀器后面板有十組端子，