實(shí)驗(yàn)疊合梁正應(yīng)力測(cè)試

1、注意：表中數(shù)據(jù)填寫(xiě)自己實(shí)驗(yàn)時(shí)所記錄的進(jìn)行計(jì)算！有的圖也可能每組不同，自己看了改改實(shí)驗(yàn)九疊合梁正應(yīng)力測(cè)試工程意義1、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)。2、工程中常用的現(xiàn)澆式框架和裝配式框架都有各自的優(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(guò)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。3、疊

2、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(jiàn),較為常見(jiàn)的供電、供水等工程的管道橋梁就屬于此類(lèi)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(lèi)結(jié)構(gòu)上部的梁有多少力傳遞到下部梁上以及其分布情況常需要獲得其具體數(shù)據(jù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)對(duì)由兩種材料固結(jié)而成的梁的應(yīng)力測(cè)試，加深對(duì)純彎曲梁平面假設(shè)的理解；2、觀察復(fù)合梁和疊合梁正應(yīng)力分布情況，了解如何組合梁合理；3、測(cè)定梁純彎曲時(shí)橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證彎曲正應(yīng)力公式。4

3、、進(jìn)一步熟悉電測(cè)的操作方法。二、實(shí)驗(yàn)裝置、設(shè)備1.疊合梁應(yīng)變計(jì)布片位置見(jiàn)下圖1，有關(guān)截面尺寸均已標(biāo)注于梁上。2.WYS-1彎曲實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。見(jiàn)圖2程控靜態(tài)數(shù)字應(yīng)變儀，型號(hào)：YE2538。用聯(lián)結(jié)螺栓連接的疊合梁，鋼梁與鋁梁疊合（鋼梁置于下方）。加載用鐵塊，塊，塊。三、實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)量尺寸用游標(biāo)卡尺測(cè)量實(shí)驗(yàn)梁橫截面尺寸b,計(jì)算各應(yīng)變片軸線至梁的中性層的距離yi,用鋼尺測(cè)量力的作用點(diǎn)到支座的距離a,計(jì)入表中。2、擬定施力方案施力過(guò)程可等分為45級(jí)，即厶F=Fmax/4或AFHymax/5。Fmax的確定原則為梁上的最大正應(yīng)力不超過(guò)材料的許用應(yīng)力。查閱相關(guān)手冊(cè)，計(jì)算45鋼以及鋁合金的許用應(yīng)力9，綜合考慮復(fù)

4、合梁和疊合梁，確定可施加的最大力。加載方案本實(shí)驗(yàn)取AF=G=mg=10X9.8N=98N，F(xiàn)max=392N分四級(jí)加載，分別測(cè)各點(diǎn)應(yīng)變。3、接線并調(diào)整應(yīng)變儀（1）、打開(kāi)電阻應(yīng)變儀和加載裝置的測(cè)力儀電源，預(yù)熱10分鐘；（2）、選擇適當(dāng)?shù)臉蚵方泳€法將各測(cè)點(diǎn)的工作片和補(bǔ)償片分別接到應(yīng)變儀選定點(diǎn)號(hào)的接線柱上，要注意將接線柱上的螺絲擰緊，本實(shí)驗(yàn)選四分之一橋電路；（3）、設(shè)置應(yīng)變儀參數(shù)，設(shè)置靈敏度2.08；（4）、施加初載荷Fo，（即調(diào)零）將各測(cè)點(diǎn)調(diào)平衡記下平衡時(shí)各測(cè)點(diǎn)的初讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不可再按平衡鍵。4、加載測(cè)讀固緊兩根梁之間的聯(lián)結(jié)螺栓，逐級(jí)施力，每增加一級(jí)力AF,通過(guò)按鍵依次讀取各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值。施

5、力至最終一級(jí)力值，最后卸力至初載荷Fo讀取每個(gè)測(cè)點(diǎn)的回零讀數(shù)，比較其和初讀數(shù)的誤差。應(yīng)變數(shù)值計(jì)入表中。測(cè)讀過(guò)程中應(yīng)及時(shí)計(jì)算相鄰兩級(jí)的讀數(shù)增量并計(jì)入表中，若數(shù)據(jù)不好，需再次測(cè)讀。5、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠^察分析疊梁為不同材料鋼一鋁的矩形梁相疊；2根矩形梁相互疊合后,承受一對(duì)集中載荷P的作用。如圖3所示：aP圖3疊梁實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)驗(yàn)的最大載荷使材料在彈性范圍內(nèi)變形,即實(shí)驗(yàn)變形是小變形。觀察2根疊梁在實(shí)驗(yàn)中的情況?？芍?，2根梁在彎曲過(guò)程中變形始終同步，變形前后緊密疊合，相互間無(wú)摩擦移動(dòng),彎曲時(shí)每根小梁有各自的中性層。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析可知：疊梁在彎曲過(guò)程中，2根小梁的彎曲變形近似相等.則梁的曲率半徑可視為近似

6、相等。設(shè)高度為hl的小梁的彈性模量為E1,承受的彎矩為Ml,高度為h2的小梁的彈性模量為E2,承受的彎矩為M2,則有：M1+M2=MP為曲率半徑，有P1=:MlP2=M2ElIlE2I2因?yàn)镻1DP2,所以近似有Ml=M2El*IlE2*I2得：M1=MElElElIl+E2I2M2=ME2E2ElI1+E212四、數(shù)據(jù)處理梁的幾何參數(shù)L(mm)(mm)(mm)(GPa)b4/12mm462023520E1=70E2=20613333.31、按上述加載方案分別測(cè)出各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變，然后計(jì)算F=98N時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的增量人應(yīng)變i，對(duì)于1、2、3、4、5、6、7、8測(cè)點(diǎn)應(yīng)取應(yīng)變的平均值。，Ex，i，5,6,

7、7,8;上1i，Ex,i，1,2,3,4；下2iG=mg=10X9.8N=98N應(yīng)變儀讀數(shù)載荷C1C2C3C4C5C6C7C80-16-11-8-9-3-14-5-4XG1-4-5-11-15-24-26-29XG1341-13-31-52-49-57XG24103-18-34-72-70-83XG39199-17-48-93-93-107應(yīng)變12345678XG1573-2-12-12-21-25XG1286-2-16-28-23-28XG1162-6-17-20-21-26XG15961-14-21-21-24A、施力方案及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果實(shí)驗(yàn)材料（1）鋁（2）45鋼最大力（N）392每級(jí)

8、力（N）98應(yīng)變片編號(hào)12345678應(yīng)變片位置yi（mm）104-2-882-4-10F(N)f(n)12345678AAAAAAAAF098-1617-117-83-9-2-3-12-14-10-5-21-4-25981-4-5-11-15-24-26-29981286-2-16-28-23-281961341-13-31-52-49-57981162-5-3-20-21-2629424103-18-34-72-70-839815961-14-21-21-243923919-17-48-93-91-107應(yīng)變讀數(shù)增量平均值i13.757.54.25-2-11.25-19.75-21.5-2

9、5.75實(shí)驗(yàn)值a、（MPa）U實(shí)i2.83251.5450.8755-0.412-0.7875-1.3825-1.505-1.8025B、理論方法計(jì)算算法一：實(shí)驗(yàn)材料（1）鋁（2）45鋼最大力（N）392每級(jí)力（N）98應(yīng)變片編號(hào)12345678應(yīng)變片位置yi（mm）104-2-882-4-1012mm4E1=70GPaE2=206GPaMl=meiei=2.9204.n（鋁梁彎矩）ElIl+E212M2=ME2E2=8.5948m（鋼梁彎矩）ElIl+E2I2理論應(yīng)力：Di=Myi（i=58）11Di=Myi（i=14）12計(jì)算結(jié)果12345678y坐標(biāo)（mm）104-2-882-4-10應(yīng)

10、力（MPa）2.19030.8761-0.4381-1.75225.15691.2892-2.5785-6.4461算法二：取整個(gè)疊梁的截面為計(jì)算面實(shí)驗(yàn)材料(l)鋁(2)45鋼最大力（N）392每級(jí)力（N）98應(yīng)變片編號(hào)l2345678應(yīng)變片位置yi（mm）l5.O7259.07253.0725-2.9275-6.9275-l2.9275-l8.9275-24.92751）彈性模量比值系數(shù)=旦（E1、E2分別為鋁、45鋼的彈性模量）E2）疊合梁形心公式A1ynA2yy,clCAlnA2A1、A2分別為鋁梁、鋼梁的截面積；yci、y2分別為鋁梁、鋼梁的截面形心位置。）疊梁慣性矩11I，nAlhl

11、2+nAlal2+A2h22+A2a221212、分別為上下鋁梁、鋼梁截面形心到疊合梁形心的距離。4)計(jì)算94xl0-12mm4El=70GPaE2=206GPa疊合梁截面的理論應(yīng)力為：Mli=Ilyin(i=58)M2Di=yiI2(i=l4)計(jì)算結(jié)果填入下表取整截面取每級(jí)載荷為厶F=98N時(shí)的應(yīng)力理論計(jì)算:12345678y坐標(biāo)（mm）15.07259.07253.0725-2.9275-6.9275-12.9275-18.9275-24.9275應(yīng)力（MPa）2.96841.78670.6051-0.5765-0.4636-0.8651-1.2667-1.66822、分析結(jié)果由以上計(jì)算結(jié)果及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知選用理論算法二更能真實(shí)的計(jì)算出疊合梁在純彎曲時(shí)所受的正應(yīng)力。將解析解的結(jié)果與實(shí)測(cè)值比較，并計(jì)算其誤差如下表:誤差（o理i實(shí)”o理i測(cè)點(diǎn)號(hào)i12345678實(shí)測(cè)值O實(shí)i（MPa）2.83251.5450.8755-0.412-0.7875-1.3825-1.505-1