組合梁彎曲的應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)

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1、1.引言22.組合梁的實(shí)驗(yàn)32.1實(shí)驗(yàn)儀器32.1.1電阻應(yīng)變儀32.2測(cè)量電橋的接法42.3實(shí)驗(yàn)原理52.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)83．有限元計(jì)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(jì)算結(jié)果分析164.1有限元值和實(shí)驗(yàn)值對(duì)比分析164.2四種梁的承載能力分析195.結(jié)論19綜合實(shí)驗(yàn)——組合梁彎曲的應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)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(yīng)用，有必要對(duì)層合梁的彎曲正應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試分析，為工程計(jì)算提供實(shí)驗(yàn)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(diǎn)與缺點(diǎn)。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(shè)置臨時(shí)支撐，因而施工周期長(zhǎng)；后者模板用量小，構(gòu)件預(yù)制且可省去臨時(shí)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(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，其整體性好，抗震性好，節(jié)省臨時(shí)支撐，有較好的應(yīng)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(jié)構(gòu)，上部的梁受到外荷載的作用而產(chǎn)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(shí)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(jié)構(gòu)。電纜套在鋼管內(nèi)，鋼管又?jǐn)R放在橋梁上，于是鋼管與橋梁便組成了疊梁形式的結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)值的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩者比較吻合，得到了四種梁沿高度方向的應(yīng)力分布規(guī)律，為工程實(shí)踐的組合梁設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)，具有一定的工程價(jià)值。2.組合梁的實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)儀器2.1.1電阻應(yīng)變儀各種不同規(guī)格及各種品種的電阻應(yīng)變計(jì)現(xiàn)在有二萬多種，測(cè)量?jī)x器也有數(shù)百余種，但按其作用原理，電阻應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)可看成由電阻應(yīng)變計(jì)、電阻應(yīng)變儀及記錄器三部分組成。其中電阻應(yīng)變計(jì)可將構(gòu)件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化。電阻應(yīng)變儀將此電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）的變化，并進(jìn)行放大，然后轉(zhuǎn)換成應(yīng)變數(shù)值。17圖2.1惠思登電橋原理圖其中電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓（或電流）信號(hào)主要是通過應(yīng)變電橋(惠

4、斯頓電橋)來實(shí)現(xiàn)的，下面簡(jiǎn)要介紹電橋原理。應(yīng)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(gè)橋臂，AC兩點(diǎn)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(guān)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(diǎn)的電位差UBD=I1R2-I2R3=（R2R4-R1R3）U/(R2+R1)(R3+R4)當(dāng)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(gè)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(yīng)變計(jì)并受力變形后產(chǎn)生的電阻增量為、、、代入式中，計(jì)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(yīng)變計(jì)感受到的應(yīng)變轉(zhuǎn)變成電壓（或電流）信號(hào)，但是這一信號(hào)非常微弱，所以要進(jìn)行放大，然后把放大了的信號(hào)再用應(yīng)變表示出來，這就是電阻應(yīng)變儀的工作原理。電阻應(yīng)變儀按測(cè)量應(yīng)變的頻率可分為：靜態(tài)電阻應(yīng)變儀、靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀和超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀，下面我們簡(jiǎn)要介紹常用的靜態(tài)電阻應(yīng)變儀中的一種應(yīng)變儀--數(shù)字電阻應(yīng)變儀。2.2測(cè)量電橋的接法各種應(yīng)變計(jì)和傳感器通常需采用某種測(cè)量電路接入測(cè)量?jī)x表，測(cè)量其輸出信號(hào)。對(duì)于電阻應(yīng)變計(jì)或者電阻應(yīng)

6、變計(jì)式傳感器，通常采用電橋測(cè)量電路，將應(yīng)變計(jì)引起電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)或電流信號(hào)。電橋的測(cè)量電路由電阻應(yīng)變計(jì)及電阻組成橋臂，電橋的應(yīng)變計(jì)接橋方式分為半橋和全橋。在實(shí)際測(cè)量中，可以利用電橋的基本特性，采用各種電阻應(yīng)變計(jì)在電橋中不同的連接方法達(dá)到不同的測(cè)量目的：a.實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。b.比較復(fù)雜的組合應(yīng)變中測(cè)出指定成分而排除其他成分。c.擴(kuò)大應(yīng)變儀的讀數(shù)，以減少讀數(shù)誤差，提高測(cè)量靈敏度。在實(shí)際測(cè)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(cè)量電橋的四個(gè)橋臂上全部連接電阻應(yīng)變計(jì)，稱為全橋接線法（全橋線路）。在實(shí)際測(cè)量過程中分為以下兩種情況：1)全橋測(cè)量電橋的四個(gè)橋臂上都接工作應(yīng)變計(jì)。2)相

7、對(duì)兩橋臂測(cè)量電橋相對(duì)兩橋臂接工作應(yīng)變計(jì)，另外相對(duì)兩橋臂接溫度補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。(2)半橋接線法17若在測(cè)量電橋的橋臂AB和BC上接應(yīng)變計(jì)，而另外兩橋臂DA和CD接電阻應(yīng)變儀的內(nèi)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(yīng)變，因此對(duì)于等臂電橋得知應(yīng)變儀的讀數(shù)為,實(shí)際測(cè)量時(shí)，在AB上接一工作應(yīng)變計(jì)，而在BC上接溫度補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)。(3)應(yīng)變儀的實(shí)際接法儀器后面板有十組端子，