CN104751706A - 两跨连续梁弯矩影响线测试实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构力学实验装置，特别是涉及连续梁这种超静定结构的弯矩影响线测试实验装置，本发明主梁两端分别通过固定在台架上的一对双辊轴支座约束其竖直方向自由度，中点通过单辊轴支座约束其向下自由度，最终构成对称的双跨连续梁结构；作用在梁上的移动荷载通过挂有砝码的滚轮施加，该滚轮可由拉线拉动至主梁左跨上的任意位置，应变传感器对称布置在梁底的任意位置，应变传感器与数据采集装置连接，标尺能够准确给出荷载作用位置和被测点位置。本发明可定量地给出连续梁移动荷载作用下，在不同位置产生的弯矩影响线。该发明可广泛应用于高等工科学校的结构力学实验。

Description

两跨连续梁弯矩影响线测试实验装置

技术领域

本发明主要涉及结构力学实验装置，特别是涉及连续梁这种超静定结构的弯矩影响线测试实验装置。

背景技术

弯矩影响线是指在一定量值移动荷载作用下，梁某一截面弯矩随移动荷载位置变化的图线；通过弯矩影响线可以确定移动荷载在梁上移动时，在某截面产生的最大弯矩值和最小弯矩值。在结构设计工程中，可通过梁的弯矩影响线确定梁的截面尺寸和配筋情况，所以弯矩影响线在移动荷载作用的吊车梁、楼盖及桥梁等结构的设计中非常重要。目前还没有用于学生实验的超静定结构影响线实验装置，即使有，也和本发明装置在原理上不同，且只是针对静定的简支梁结构，没有针对超静定结构连续梁结构，而移动荷载作用下超静定连续梁结构的内力特性更为复杂，仅仅采用纯理论教学，这部分内容很难让学生理解并留下深刻印象。因此，需要结合实验加深学生对超静定结构影响线概念的理解。

发明内容

技术问题：

本发明解决的技术问题为提供一种学生实验的超静定结构影响线实验装置，将对称的两跨连续梁结构任意位置的影响线通过实验的方法测得，加深学生在学习结构力学过程中对超静定结构内力特性的认识，特别是对超静定两跨连续梁结构的弯矩影响线的认识。

技术方案：

一种两跨连续梁弯矩影响线测试实验装置，包括连续梁试件(1)、移动加载装置、应变传感器(10)、数据采集装置(11)、标尺(9)，其特征在于连续梁试件(1)是由钢或铝构成；该梁(1)的两端分别通过固定在台架(4)上的一对双辊轴支座(2)约束其竖直方向自由度，中点通过单辊轴支座(3)约束其向下自由度，最终构成对称的双跨连续梁结构；双辊轴支座(2)和单辊轴支座(3)与台架(4)之间通过螺栓固定。移动加载装置是通过挂有砝码(5)的滚轮(6)施加，该滚轮(6)可由拉线(7)拉动 至主梁(1)左跨上的任意位置；应变传感器(10)与数据采集装置(11)连接，通过固定在台架上的标尺(9)测出荷载作用位置和被测点位置；台架搁置在两个50cm高的台座(12)上。

本发明所述的砝码(5)和滚轮组成的移动加载装置可在该对称连续梁结构的单个跨内，通过绞盘(8)收放拉线(7)自由移动。

本发明所述的梁(1)两端提供支撑的一对双辊轴支座(2)可自由的绕下面轴中心的销钉(13)转动。

本发明所述的应变传感器(10)要对称的布置在连续梁所测截面的下边缘。

工作原理：

本发明中连续梁的计算简图如附图4，测试连续梁任意位置D的影响线时，首先在连续梁的D点和其中心对称点D′的下边缘各安置一个应变传感器，然后移动荷载F，当荷载F移动至x位置时，通过应变传感器测得荷载F在该位置对D点产生的应变ε，将所测应变ε带入公式(1)，最终得到荷载F在x位置时，在D点产生的弯矩M.

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\σ}=\mathrm{E\ϵ}\\ \mathrm{\σ}=\frac{6M}{{\mathrm{bh}}^2}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，E为连续梁材料的弹性模量，σ为应力，b为梁宽，h为梁高。

在本发明中，移动荷载F可以在AC段任意移动，当荷载F作用在x位置时，对D和D′点分别产生弯矩M₁和M₂；当荷载F作用在120-x位置时，对D和D′点产生的弯矩分别为M₂和M₁。所以移动荷载F只需要在AC段移动就可以测出梁的影响线。

有益效果：

本发明通过一种试验的测量方法，获得移动荷载作用下对称的两跨连续梁结构任意位置的弯矩影响线。其操作简单，价格低廉，维修方便，并将传统的形象化的特点和现代测试技术定量化的特点相结合，不仅直观而且还可定量地体现移动荷载作用下连续梁结构任意截面的受力特点。本发明可引导学生积极思考，强化基于基本概念的直观判断，达到使学生提高学习兴趣、提高动手能力、牢固掌握基本概念和基本理论的目的。本实验装置可广泛用作高等工科学校的实验及演示设备。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构俯视图；

图3为本发明中双辊轴支座大样；

图4为本发明中连续梁计算简图；

图5为本发明中连续梁上D点实测得的影响线和计算得的影响线图。

图中：

1——连续梁试件；               7——拉线；

2——双辊轴支座；               8——绞盘；

3——单辊轴支座；               9——标尺；

4——台架；                     10——应变传感器；

5——砝码；                     11——数据采集装置；

6——滚轮；                     12——台座；

13——销钉； 

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1所示的连续梁试件是由长121.6cm×宽1.0cm×高1.5cm的钢构成，其弹性模量为2.0×10¹¹Pa；该梁1的两端分别通过固定在台架4上的一对双辊轴支座2约束其竖直方向自由度，中点通过单辊轴支座3约束其向下自由度，最终构成对称的两跨连续梁结构；移动加载装置是通过挂有砝码5的滚轮6组成，该滚轮6可由拉线7拉动至主梁1左跨上的任意x位置；应变传感器10对称的布置在连续梁所测截面的下边缘，通过与之相连的数据采集装置11可测出移动荷载作用下的应变，进而根据上面公式1算得弯矩；荷载作用位置和被测点位置可通过固定在台架上的标尺9测出；台架搁置在两个50cm高的台座12上。

本实施例中：应变传感器10为中航电测仪器公司生产的带温度自补偿BE-120-3AA型高精度电阻应变片；数据采集装置11为江苏东华公司生产的DH3816静态电阻应变仪；采用的砝码5为10kg。

表1为采用本发明装置测得的连续梁D点(距离左端40cm)实验结果，当移动荷 载作用在不同位置时，通过测得的应变计算弯矩，然后算得单位荷载产生的弯矩；根据表中结果划出D点的弯矩影响线图如图5，图中同时给出了该点的理论影响线图，对比理论和实测结果，可以发现最大误差出现在支座端，其差值没有超过10％，说明该发明装置有效。

表1 不同位置的移动荷载下连续梁点D的弯矩

Claims (5)

1.一种两跨连续梁弯矩影响线测试实验装置，包括连续梁试件（1）、移动加载装置、应变传感器（10）、数据采集装置（11）、标尺（9），其特征在于连续梁试件（1）是由钢或铝构成；该梁（1）的两端分别通过固定在台架（4）上的一对双辊轴支座（2）约束其竖直方向自由度，中点通过单辊轴支座（3）约束其向下自由度，最终构成对称的双跨连续梁结构；双辊轴支座（2）和单辊轴支座（3）与台架（4）之间通过螺栓固定，

移动加载装置是通过挂有砝码（5）的滚轮（6）施加，该滚轮（6）可由拉线（7）拉动至主梁（1）左跨上的任意位置；应变传感器（10）与数据采集装置（11）连接，通过固定在台架上的标尺（9）测出荷载作用位置和被测点位置。

2.    根据权利要求1所述的两跨连续梁弯矩影响线测试实验装置，其特征在于：台架（4）搁置在两个50cm高的台座（12）上。

3.根据权利要求1所述的两跨连续梁弯矩影响线测试实验装置，其特征在于：通过砝码（5）和滚轮组成的移动加载装置可在该对称连续梁结构的单个跨内，通过绞盘（8）收放拉线（7）自由移动。

4.根据权利要求1所述的两跨连续梁弯矩影响线测试实验装置，其特征在于：梁两端提供支撑的一对双辊轴支座（2）可自由的绕下面轴中心的销钉（13）转动。

5.根据权利要求1所述的两跨连续梁弯矩影响线测试实验装置，其特征在于：应变传感器（10）要对称的布置在连续梁所测截面的下边缘。