桥梁模型制作与荷载试验指导书(最.doc

桥梁模型制作及荷载试验指导书班 级： 姓 名： 学 号： 组 号： 第 组 时 间： 2013年秋季学期 兰州理工大学土木工程学院结构实验室2013.09目 录试验一 桥梁模型的设计与制作1试验二 桥梁结构模型的承载力试验7试验三 桥梁模型静力加载试验方案的编写10试验四 桥梁模型的静力加载试验的实施13附件：静态应变仪（DH3816）桥路连接方法17试验注意事项为了更好的完成结构试验课程的教学实践环节，使学生掌握各种试验方法，提高试验技能，顺利地完成试验工作，必须做好以下几方面工作。一、试验的准备工作首先要认真预习本试验指导书，了解本试验的目的、原理、方法和步骤，熟悉所用的试验仪器仪表的一般构造和操作规则。试验小组成员必须有明确分工，轮流协作工作。二、试验过程在开始进行正式试验之前，要安装调整各仪表，仔细检查测力装置的指针是否对准零，试件、仪表是否安装稳妥、安全等，记录表格是否齐全，最后请指导教师检查认可后，方能进行正式试验。预加载可不做记录，观察试件和各种仪表及仪表的各部位是否正常，如正常再按要求进行正式加载，试验过程中做好记录。在试验进行过程中，必须严肃认真，一丝不苟，有组织有步骤地按要求进行工作。对各种仪器仪表严格按操作规程操作，决不允许草率了事或擅自拆动与本试验或无关的试验设备，确保设备和人身安全。试验结束后，要检查应记录数据是否齐全，并注意清理设备，归还所借用仪表、工具，并清扫场地等。经教师检查认可后方能离开试验岗位。三、试验报告的整理和书写试验报告是试验者进行试验工作最后交出的试验成果，是试验资料的总结。应按照本指导书给出的过程记录并分析数据。在书写报告时，要注意：1.记录试验过程中的异常现象，出现的故障和事故以及采取的补救或处理方法，并分析对试验结果产生的影响。2.把试验数据填入相应的表格。整理试验数据时必须注意有效数字的运算法则，而决不能“虚构精度”，且一定要保持数据的真实性。3.试验结果的表示方法。在试验中或试验结束后，除根据所测得的数据进行整理和计算试验结果外，还应采用图表或曲线的方式表达试验结果。4.结论。将所得结果与其他试验结果或理论值进行比较，并分析和计算误差，指出存在的问题，提出进一步改进的意见及措施。扼要写出试验的收获和体会。总之，每个试验后，必须独立完成总结和计算工作，写出报告，并要求试验数据真实完整，计算分析正确，曲线图表齐全。 兰州理工大学土木工程学院 实验中心结构试验室试验一 桥梁模型的设计与制作实验日期：2013年 月 日2013年 月 日 一、试验目的1. 了解各种类型桥梁的优缺点及其受力特点。2掌握桥梁模型的制作方法。二、试验材料及设备1竹纹纸、502胶水。2美工刀三、试验原理1.简支粱桥简支梁桥是梁桥中应用最早、使用最广泛的一种桥型。它结构简单，最易设计成各种标准跨径的装配式结构；施工工序少，架设方便；在多孔简支梁桥中，由于各跨构造和尺寸划一，可简化施工管理工作，降低施工费用，因相邻桥孔各自单独受力，桥墩上需要设置相邻简支梁的两个支座；简支梁桥的构造较易处理而常被选用。简支梁桥是静定结构；结构内力不受地基变形等的影响，因而能适用于在地基较差的桥位上建桥。简支梁的设计主要受跨中正弯矩的控制。在钢筋混凝土简支梁桥中，经济合理的常用跨径在20m以下。我国预应力混凝土简支梁的标准跨径在40m以下。2. 悬臂体系梁桥将简支梁梁体加长，并越过支点就成为悬臂梁桥。仅梁的一端悬出的称为单悬臂梁；两端均悬出的称为双悬臂梁。在较长桥中，则可由单悬臂梁、双悬臂梁与简支挂梁联合组成多孔悬臂桥。习惯上称悬臂梁主跨为锚跨。悬臂梁利用悬出支点以外的伸臂，使支点产生负弯矩对主跨跨中正弯矩产生有利的卸载作用。因此，与简支梁相比较，悬臂梁可以减少跨内主梁高度和降低材料用量，是比较经济的。悬臂梁桥一般为静定结构，可在地基较差的条件下使用。在多孔桥中，墩上均只需设置一个支座，减少了桥墩尺寸，也节省了基础工程的材料用量。但是，无论是钢筋混凝土或预应力混凝土悬臂梁桥，在实际桥梁工程中均较少采用。主要原因是施工不便，工费昂贵，使用时行车不平顺等。国内箱形薄壁钢筋混凝土悬臂梁桥最大跨径为55m，国外一般在7080m以下。世界上预应力混凝土悬臂梁桥最大跨径为150m，一般亦在l00m以下。T型刚构桥是一种具有悬臂受力特点的梁式桥。因墩上伸出悬臂，形同T形，由此而得名。钢筋混凝土T形刚构桥是从墩上伸出较短的悬臂跨中用简支挂两组合而成。由于钢筋混凝土梁式结构承受负弯矩，不可避免在顶面出现裂缝，因而钢筋混凝土T型刚构桥不可能做成较大的跨径。而预应力混凝土结构，采用悬臂施工方法，适宜做成长悬臂结构。目前，预应力混凝土T型刚构桥的最大跨径已达240m左右。预应力混凝土T型刚构桥分为跨中设铰接点和跨中设挂梁的两种基本类型。其中带铰的T型刚构桥是超静定结构；跨中设挂梁的T型刚构桥是静定结构。钢筋混凝土T型刚构桥常用跨径在4050m左右，预应力混凝土T型刚构桥的常用跨径可在60200m。必须指出，预应力混凝土T型刚构桥的受力特点如同长悬臂结构，全跨以承受负弯矩为主，预应力束筋布置于桥的顶面。它与节段悬臂施工方法的协调配合，是它的主要特点。并为这种桥型的施工悬空作业机械化、装配化提供了有利条件，尤其对跨越深水、深谷、大河、急流的大跨径桥梁，施工十分有利，并能获得满意的经济指标。 3.连续体系粱桥连续梁桥是将简支梁梁体在支点上连续而成的梁桥。连续梁可以做成二跨或三跨一联的，也可以做成多跨一联的，一般每联由35跨组成。连续梁中间墩上也只需设置一个支座，而在相邻两联连续梁的桥墩上仍需设置两个支座。连续梁由于支点负弯矩的卸载作用，使跨中正弯矩显著减少，而且其弯矩分布要比悬臂梁合理。钢筋混凝土连续梁桥同悬臂梁桥一样，因在施工上和使用上存在同样缺点而应用甚少，而预应力混凝土的连续梁的应用却非常广泛。尤其悬臂施工法、顶推法、逐跨施工法在连续梁桥中的应用，这大大地提高了施工质量，降低了施工费用。连续梁的突出优点是：结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。预应力混凝土连续梁是超静定结构，在墩台基础不均匀沉降等影响下，结构内将产生附加内力，通常需要良好的桥基。预应力混凝土连续梁常用范围为4060m，最大跨径已达210m左右。连续刚构桥是预应力混凝土梁式桥型之一，它综合了连续梁桥和T型刚构桥的受力特点，将主梁做成连续梁体与薄壁桥墩固结而成。它与连续梁一样，连续刚构桥可以做成一联多孔；在长桥中，可以在若干中间孔以剪力铰相联。连续刚构桥的梁部结构的受力性能如同连续梁一样。而薄壁墩底部所承受的弯矩，梁体内的轴力随着墩高的增大而急剧减少。由于连续刚构桥除保持了连续梁桥的各个优点，墩梁固接节省了大型支座的昂贵费用，减少了墩及基础的工程量，同时改善了结构在水平荷载(例如地震荷载)作用下的受力性能，即各柔性墩按刚度比分配水平力。对于柔性墩，设计时必须考虑上部梁体变形(转动与纵向位移)对它的影响。目前世界上连续粱桥中最大跨度的梁桥基本上都是采用该类桥型，最大跨径已达301m。4. 拱桥拱桥是我国公路上使用较广泛的一种桥型。拱桥与梁桥的区别不仅在于外形的不同，更重要的是两者的受力性能有着较大差异。由力学知识得知，在竖向荷载作用下，梁式结构支承处只产生竖向支承反力；拱式结构在竖向荷载作用下，两端支承除了有竖向反力外，还将产生水平推力。正是这个水平推力，使得拱内产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的应力分布与受弯梁的应力相比，较为均匀。因此，可以充分利用主拱截面材料强度，使跨越能力增大。拱桥的主要优点是：(1)跨越能力较大；(2)与混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；(3)耐久性能好，维修、养护费用少；(4)外型美观；(5)构造较简单。拱桥也有缺点，主要是：(1)自重较大，相应的水平撩力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求较高；(2)拱桥(尤其是圬工拱桥)一般都采扇有支架施工的方法修建，随着跨径和桥高的增大，支架或其他辅助设备的费用相应地加大，从而增加了拱桥的总造价；(3)由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的措施，例如设置单向推力墩，也会增加造价；(4)与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立交及平原地区时，因桥面标高提高，使两岸接线长度增长，或者使桥面纵坡增大，既增加了造价又对行车不利。因此也使拱桥的使用范围受到一定的限制。5. 斜拉桥斜拉桥又称斜张桥，是一种由索、梁、塔等三种基本构件组成的结构，属组合体系桥；其主要组成部分为主梁、斜拉索和索塔。索塔上的若干斜拉索将梁吊起，使主梁在跨内增加了若干弹性支点，从而大大减小了梁内弯矩，使梁高降低并减轻重量，提高了梁的跨越能力。斜拉桥的构想比较古老，在17世纪到19世纪之间曾经出现过一些人行斜拉桥，但由于材料原因和复杂超静定结构的计算手段等原因，建成不久便遭破坏，未能得到发展。但随着高强材料的使用、结构分析方法的进步，以及施工手段与技术的提高，20世纪中叶，以瑞典斯特勒姆桑德桥(Stromsund)为代表的现代斜拉桥开始得到很快的发展。6. 悬索桥悬索桥又称吊桥，是一种古老的桥型。很早以前，人们就利用藤条和竹子等材料来制作悬索桥，中国古代就已有用铁链做悬索桥主缆的实例。现代悬索桥通常由桥塔、锚碇、主缆、吊索、加劲梁及鞍座等部分组成，在吊索的悬吊下，加劲梁相当于多个弹性支承上的连续梁，弯矩显著减小；吊索将主梁的重力传递给主缆，承受拉力；桥塔将主缆支起，主缆承受拉力，并被两侧的锚碇锚固；桥塔承受主缆的传力，主要受轴向压力，并将力传递给基础。悬索桥结构受力性能好，其轻盈悦目的抛物线形，强大的跨越能力，深受人们的欢迎。与其他体系的桥梁相比，悬索桥的跨度越大，优势越明显。在材料用量和截面设计方面，其他各种桥型的主要承重构件的截面积总是随着跨度的增加而增加，致使材料用量增加较大。但大跨度悬索桥的加劲梁(就工程数量讲，加劲梁在悬索桥中要占相当大的比例)则不是主承重构件，且截面不需要随着跨度而增加。在构件设计方面，其他结构的许多构件，如梁的高度、杆件的外廓尺寸、钢材的供料规格等，容易受到客观制约的，但悬索桥的主缆、锚碇和桥塔等三项主要承重构件的在扩大截面积或承载能力方面所遇到的困难则较小。作为主要承重构件的主缆具有非常合理的受力方式。众所周知，对于拉、压构件，其应力在截面上分布是比较均匀的，而对受弯构件，在弹性范围内，其应力分布呈三角形。就充分发挥材料的承载能力而言，拉、压的受力方式比受弯更为合理；但受压构件需要考虑稳定性问题，因此受拉就成为最合理的受力方式。由于悬索桥的主缆受拉，且截面设计较容易，因此，悬索桥的跨越能力是目前所有桥型中最大的。目前正在修建和计划修建的大跨度桥梁中，跨度超过1000m的桥型几乎无一例外地选择悬索桥。在施工方面，悬索桥的施工是先将主缆架好，此时，主缆是成为一个现成的悬吊式脚手架。在架梁过程中，梁段可以挂在主缆下；为防御巨风的袭击，虽然也需要采取一定的防范措施，但与其他桥所用的悬臂施工方法相比，风险较小。由于悬索桥跨越能力大，常可因地制宜地选择一跨即可跨越江河或海峡主航道的布置方案，这样，可以有效地避免水中深水桥墩的修建，满足通航要求。由于跨度大，悬索桥的构件就显得特别柔细，外形美观。因此，大跨度悬索桥常常成为重要的旅游景点。 当然，悬索桥也有一些缺点：由于悬索是柔性结构，刚度较小，在活载作用时，悬索会改变几何形状，引起桥跨结构产生较大的挠曲变形；在风荷载、车辆冲击荷载等动荷载作用下容易产生振动。历史上悬索桥发生破坏的事故较多，但是，自从1940年后开展桥梁抗风稳定性研究以来，暴风损毁桥梁的事故已经可以避免，但其动力响应(车振响应，风振及地震响应)方面的研究应继续开展。四、试验步骤1 充分发挥自己的想象，结合桥梁工程及桥梁美学所学知识，设计并绘制出桥梁模型图纸。要求桥梁模型的主跨为500mm，宽度为100mm，桥下净空为200mm。2 根据所设计桥梁图纸，利用所给材料，制作出结构轻盈、承载能力大的桥梁结构模型。五、桥梁模型图纸及模型照片（注：将桥梁模型照片电子版直接粘贴在此处，此页用彩页打印，设计图纸放在最后附录中）六、思考题：1. 简支梁桥有哪些优缺点？2. 根据自己制作桥梁模型的经历，简单叙述桥梁模型制作时应注意哪些事项。试验二 桥梁结构模型的承载力试验实验日期：2013年 月 日一、试验目的1. 掌握所制作桥梁模型所代表的桥梁结构体系的特点；2. 了解桥梁承载能力的影响因素；3. 了解所制作桥梁模型的破坏形式及其原因。二、试验仪表及器材砝码、电子秤三、试验方法及步骤本次试验采用重力加载，加载位置选在主跨跨中。每组同学有五次加载机会，具体每级加载的大小由各个小组自由选择，以桥梁模型破坏时的前一级荷载作为该桥梁模型的最大承载能力，最终以最大承载能力除以模型自重所得系数作为评价桥梁模型的优劣指标。具体如下：1. 利用电子称称量本组桥梁模型的自重为 N。1. 根据自己所设计的桥梁模型，查阅相关资料，拟定出加载等级如下：表2.1 静力加载荷载等级荷载等级荷载大小（N）桥梁模型是否破坏第一级第二级第三级第四级第五级2. 根据上述加载方案进行加载，加载过程中应随时观察桥梁模型的反应，如果在进行某一级加载时发现桥梁模型已接近破坏时，可以对下一级荷载的大小进行调整，但不得调整本级荷载的大小。3. 观察桥梁破坏形式并分析产生破坏的原因。四、结果分析报告1. 本组桥梁模型的最大承载能力为 kN，桥梁优劣评价系数： 。2. 对其它各组所作桥梁模型从桥梁美学的角度进行客观评价，（满分为10分）表2.2 本组对其他各组模型就美学角度的评价（满分10分）组别分数组别分数组别分数第一组第四组第七组第二组第五组第八组第三组第六组第九组第十组十一组十二组 3. 对桥梁模型破坏位置、形式及发展过程的描述五、思考题：1. 试分析本组桥梁模型破坏的原因。（就自己模型制作方面进行分析）2. 对于本次桥梁模型制作有哪些的体会以及针对本组模型破坏的形式有哪些改进意见。试验三 桥梁模型静力荷载试验方案的编写实验日期：2013年 月 日2013年 月 日一、试验目的1、使学生掌握在车辆荷载作用下简支梁桥任意截面上各点的应变和挠度计算方法；2、掌握根据影响线确定最不利加载位置的方法；二、试验仪表及器材有机玻璃桥梁模型 3816静态应变仪应变片 位移计三、实验方案1、简支梁桥模型图3.1：桥梁模型图2、实验荷载采用重量为33.4N的模型车辆，前后轴重按现场实际测试结果为准，具体为：前轴： 牛顿，后轴： 牛顿。车辆的前后轴距为300mm，左右轮距为105mm，具体形状如下图所示。图3.2：加载车辆形状图3. 确定加载位置：根据简支梁的纵、横向影响线以及A、B两点（A、B两点的具体位置由指导教师在分组时统一确定并要求学生填写在上述空格处）所在的位置，确定针对上述A、B两点的车辆纵向和横向最不利加载位置，并将确定的最不利加载位置绘于图3.3上（将图3.2所示形状的小车绘制于图3.3相应的位置，并标定尺寸）。图3.3：桥梁模型平面布置图4. 并根据上述两种工况下的具体加载位置，利用偏心压力法计算三片主梁分别在跨中和1/4处的横向分布系数，并将计算结果填写在下表中（要求计算过程写在附录中）；表3.1：横向分布系数表梁号偏心压力法计算所得横向分布系数1/4跨中1#（边梁）2#（次边梁）3#（中梁）3. 计算两种工况下1#6#测点处的弯矩和应变值（由于本试验采用静力加载，所以在计算弯矩值时不考虑冲击系数的影响）并填写在表2对应位置处（计算过程写在附录中）；表3.2：测试截面的理论弯矩值及应变值截面位置工况一工况二弯矩（Nm）应变（）弯矩（Nm）应变（）1#点2#点3#点4#点5#点6#点4. 计算两种工况作用下指定测点的挠度值（保留一位小数），并填写在表3.3中。（测点号填写指导教师给定的测点号，而不是直接填写A、B）表3.3 指定截面的理论挠度值测点号挠度（mm）试验四 桥梁模型的静力加载试验的实施实验日期：2013年 月 日一、试验目的1、掌握应变片的测试技术和粘贴方法；2、掌握千分表的使用方法。3、掌握有机玻璃弹性模量的测试方法4. 了解桥梁承载能力评定的方法二、试验仪表及器材test3826静态应变测试仪 两通道应变仪 应变片 位移计 游标卡尺 万用表三、试验方法及步骤1. 位移计的标定标4.1 位移计标定记录表位移（mm）Test3826应变值（）两通道应变仪应变值（）第1次第2次第3次平均值第1次第2次第3次平均值0.00.51.01.52.02.52.01.51.00.50.0分别利用两通道应变仪和test3826静态应变仪标定位移计，具体操作方法为：（1）利用万用表确定位移计的公共线；（2）将位移计安装在位移计标定仪上；（3）将位移计导线分别连接在两通道应变仪和test3826静态应变仪上；（4）将位移计标定仪调至零点；（5）应变仪参数设置，平衡及初值读数（6）将位移计标定仪每次调整0.5mm，先后退5次，再前进5次，重复三次，并将应变仪的读数填写在表4.1内以位移计标定仪的读数（mm）为横坐标，以应变仪读数的平均值为纵坐标，在excel中绘制“位移-应变”曲线，并分别对该曲线的上升段（横坐标在0mm2.5mm之间）和下降段（横坐标在2.5mm0mm之间）添加趋势线，并求其线性回归方程，该线性回归方程的斜率即为位移计每毫米所对应的应变值，即位移计的灵敏度，将计算结果填写在表4.2中。表4.2 位移计灵敏度及桥臂系数计算表仪器上升段下降段平均值Test3826两通道应变仪位移计桥路的桥臂系数注：位移计桥路的桥臂系数=两通道应变仪读数/ Test3826读数2. 测量有机玻璃的横截面尺寸利用游标卡尺分三次测量有机玻璃轴向受拉构件的横断面尺寸，并取其平均值作为横断面的测量尺寸，并填写在表4.3中表4.3 有机玻璃横断面尺寸测量标位置第1次第2次第3次平均值宽度b（mm）高度h（mm）3. 在有机玻璃