2012大創(chuàng)中期08水平轉(zhuǎn)體橋梁不同平衡狀態(tài)下參數(shù)的試驗研究

1、水平轉(zhuǎn)體橋梁不同平衡狀態(tài)下轉(zhuǎn)體參數(shù)的試驗研究大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目中期答辯展示2實驗背景跨越既有線橋梁經(jīng)常采用水平轉(zhuǎn)體方法施工，以減小對既有線路運營的干擾，目前常用于跨越既有鐵路、公路、河道的橋梁施工。轉(zhuǎn)體前需要實驗確定其平衡狀態(tài)及摩阻系數(shù)等轉(zhuǎn)體參數(shù)，并通過配重等措施，調(diào)整轉(zhuǎn)體橋梁的平衡姿態(tài)，以達(dá)到順利、平穩(wěn)轉(zhuǎn)體的目的。組員分工孫振宇劉金波王亞、鮑斯琴謝力創(chuàng)聯(lián)系模型制造商家和采購實驗所要要的儀器和設(shè)備，聯(lián)系老師開展實驗和會議，幫助大家更好地完成實驗負(fù)責(zé)模型的設(shè)計和實驗操作負(fù)責(zé)會議記錄和研究記錄，實驗過程中采集數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和圖形繪制工作4實驗原理整個梁體的平衡表現(xiàn)為兩種形式之一。（1）轉(zhuǎn)動體球鉸

2、摩阻力矩（Mz）大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩(MG)。此時，梁體不發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉(zhuǎn)動體不平衡力矩所保持；（2）轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩（Mz）小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩(MG)。此時，梁體發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，直到撐腳參與工作，體系的平衡由球鉸摩阻力矩、轉(zhuǎn)動體不平衡力矩和撐腳對球心的力矩所保持5實驗原理（1）轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩（Mz）大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩(MG)。設(shè)轉(zhuǎn)動體重心偏向南側(cè)，在南側(cè)承臺實施頂力P1 （見圖4-1）。當(dāng)頂力P1逐漸增加到使球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動的瞬間，有：6實驗原理設(shè)轉(zhuǎn)動體重心偏向南側(cè)，在北側(cè)承臺實施頂力P2 （見圖4-2）。當(dāng)頂力P2逐漸增加到使球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)

3、動的瞬間，有：實驗原理7實驗原理8（2）轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩設(shè)轉(zhuǎn)動體重心偏向北側(cè)，此種情況下，只能在北側(cè)承臺實施頂力P2 。當(dāng)頂力P2（由撐腳離地的瞬間算起）逐漸增加到使球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動的瞬間，有：（4-4）9實驗原理（2）轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩當(dāng)頂升到位（球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動）后，使千斤頂回落，設(shè) 為千斤頂逐漸回落過程中球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時的力，則（4-4）10實驗原理解方程（4-3）和（4-4），得到，不平衡力矩： 摩阻力矩： 11實驗原理轉(zhuǎn)動體球鉸靜摩擦系數(shù)的分析計算稱重試驗時，轉(zhuǎn)動體球鉸在沿梁軸線的豎平面內(nèi)發(fā)生逆時針、順時針方向微小轉(zhuǎn)動，即微小角度的豎轉(zhuǎn)。摩

4、阻力矩為摩擦面每個微面積上的摩擦力對過球鉸中心豎轉(zhuǎn)法線的力矩之和12實驗原理由圖可以得到： 所以： 其中，13實驗原理當(dāng) 時，代入公式進(jìn)行積分可以得到： 此時， 當(dāng) 時 ， ，此時與平面摩擦的結(jié)果基本一致。所以，當(dāng)球鉸面半徑比較大，而矢高比較小時，即 比較小時，可將摩擦面按平面近似計算。 14實驗原理根據(jù)研究成果及工程實踐，使用四氟乙烯片并填充黃油的球鉸靜摩阻系數(shù)和偏心距可用下列各式為：球鉸靜摩阻系數(shù)： 轉(zhuǎn)動體偏心距： 式中，R為球鉸中心轉(zhuǎn)盤球面半徑；N為轉(zhuǎn)體重量。15實驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計實驗步驟2022/9/15環(huán)境工程1613.5cm13.5cm1）將模型放置于底座上，用鋼尺從中心向兩邊各 量61

5、.5cm(距左右兩邊各13.5cm )做上標(biāo)記。實驗步驟2022/9/15環(huán)境工程172）裝試驗儀器，將兩個靜態(tài)應(yīng)變儀用全橋式連接方法分別接到應(yīng)變式位移傳感器的1、3通道上。將兩個靜態(tài)應(yīng)變儀分別放置于橋梁正下方的圓形轉(zhuǎn)體下面，在未加荷載前接通電路時應(yīng)變式位移傳感器要有一定的讀數(shù)。實驗步驟2022/9/15環(huán)境工程183）打開應(yīng)變式位移傳感器開關(guān)并按一下自動平衡按鈕，待1、3通道的應(yīng)變數(shù)據(jù)復(fù)位到零后。4）將碼放置于天平上稱重記錄天平數(shù)據(jù)后將其懸掛于模型橋梁的左端做標(biāo)記處（盡量不讓砝碼有所晃動），應(yīng)變式位移傳感器示數(shù)穩(wěn)定后讀取1、3通道的數(shù)據(jù)，并將其記錄表格之中。加載示意圖2022/9/15環(huán)境工

6、程19F左 右試驗步驟4）重復(fù)上個步驟的操作。在加載砝碼時應(yīng)該先加重量大的后加重量小的原則，以免出現(xiàn)大的誤差。直到在加載某個砝碼時應(yīng)變式位移傳感器的度數(shù)不能達(dá)到一個穩(wěn)定的讀數(shù)，趨于一致變大的變化（數(shù)據(jù)每次增長的幅度在25之間）時不再加載，幾下此時的砝碼質(zhì)量，并多記載幾次不同時刻的應(yīng)變儀的讀數(shù)5）型橋梁左側(cè)的砝碼取下，不要轉(zhuǎn)動橋體的位置。稍微調(diào)整一下靜態(tài)應(yīng)變儀，在右側(cè)重復(fù)操作以上步驟。6）將左右各做一次試驗為一次試驗，然后將兩組數(shù)據(jù)在計算機(jī)上進(jìn)行處理，畫出圖形并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。算出儀器模型的偏心距7）重復(fù)以上作法，多算個儀器模型的偏心距數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)統(tǒng)計法計算模型偏心距2021實驗數(shù)據(jù)處理第一次

7、右邊22實驗數(shù)據(jù)處理第二次右邊第二次左邊2022/9/1523實驗數(shù)據(jù)處理第三次右邊第三次左邊2022/9/1524實驗數(shù)據(jù)處理第四次右邊第四次左邊2022/9/1525實驗數(shù)據(jù)處理第五次右邊第五次左邊2022/9/1526實驗數(shù)據(jù)處理第六次右邊第六次左邊27數(shù)據(jù)處理 摩阻系數(shù)平均值u ，標(biāo)準(zhǔn)差u， 偏心距平均值e，標(biāo)準(zhǔn)差e 計算如下式：28工作安排目前為止我們已經(jīng)找出了模型的偏心距，接下來我們將對小偏心和大偏心實驗進(jìn)行研究。實驗方案大致如下：1、采用彈簧秤進(jìn)行加載，制造偏心則利用砝碼。改變砝碼的質(zhì)量和在T型鋼上的位置，從而改變偏心距，另一端則利用彈簧秤加載使裝置平衡。2、在小偏心的實驗中，由于科學(xué)研究中已經(jīng)有比較成熟的小偏心曲線，我們只需驗證我們方法的正確性即可繼續(xù)進(jìn)行實驗。具體實驗步驟與之前找出模型偏心距的方法一樣，在此就不贅述了。3、在大偏心的實驗中，當(dāng)加載到使模型開始轉(zhuǎn)動后需卸載，畫出對應(yīng)的荷載應(yīng)變曲線，經(jīng)過多次試驗找出最準(zhǔn)確、最普遍的曲線，從而用于工程中。項目成果及存在問題29存在問題及解決方法：加荷載時我們用的是砝碼，而在加載的最后階段需要大量的數(shù)據(jù)，因此需要把荷載細(xì)分，現(xiàn)在我們是以加水的方