SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 学生个性化创新型实验 高 芳 清 基于桥梁结构静、动力行为的 西南交通大学力学实验教学中心.

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1 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 学生个性化创新型实验 高 芳 清 基于桥梁结构静、动力行为的 西南交通大学力学实验教学中心

2 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 西南交大力学实验教学中心实验教案 实验背景知识 为了激发学生兴趣，张扬个性，培养学生创新能力和综合 技能，力学实验教学中心创立了个性化实验室，本实验即为本 实验教学中心开发的 “ 个性化创新型实验 ” 之一。 本实验要求学生具有基本力学理论知识和力学测试技能， 并具有相关的专业知识背景，适合大学高年级学生自由选做。

3 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 西南交大力学实验教学中心实验教案 一、实验目的 ■ 运用基础力学（结构静力学、结构动力学）基本理论，采 用结构分析程序或自编程序对桥梁结构进行结构静、动力行为计 算与分析，基本掌握结构设计理论与方法。 ■ 熟练掌握结构检测与监测相关实用仪器设备的基本原理、 使用方法、信号采集与处理技能等。 ■ 结合实际工程结构模型，自主地对结构的静载试验、动力 特性、动力响应等进行综合测试与分析，拉近理论知识与工程实 践的距离，彰显个性化，培养创新能力。

4 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 西南交大力学实验教学中心实验教案 二、桥梁结构模型介绍 图中单位： mm ，钢板厚度均为 5mm ， T 梁横向联结为 间隔点焊。 图 1 ：简支 T 梁桥梁模型设计图

5 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 图 2 ：简支 T 梁桥梁模型成型图片 西南交大力学实验教学中心实验教案

6 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 三、学生自选实验项目清单 ■ 桥梁结构静、动力行为计算与分析（结构验算） ■ 桥梁静荷载试验（跨中、 1/4 处） ■ 桥梁结构自振频率测试实验（频率和阻尼） ■ 桥梁结构振动模态测试实验（振型） ■ 桥梁动挠度实验（应变式与光电式）与冲击系数测定实验 ■ 桥梁结构动应变测试与分析实验（跨中、 1/4 跨处） 西南交大力学实验教学中心实验教案

7 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 四、测试仪器设备 ■ 超级应变测试仪（ YD-88 ）或应变采集分析系统（ 7V14-C ） ■ 动态应变仪器（ QLJ-A ） ■ 动态数据采集分析系统（ WaveBook512A/Dyslab7.1 ） ■ 光电式桥梁挠度仪（ BJQN-4 型） ■ 应变式桥梁动挠度测试系统（ JLX- Ⅰ型） - 自主开发 ■加速度传感器（内置 IC 电路）、百分表、电阻式应变计若干 西南交大力学实验教学 中心实验教案

8 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 实验 1 ： 桥梁结构模型静、动力行为计算与分析（包括数值 仿真实验、结构验算） 西南交大力学实验教学中心实验教案 1 、荷载设计与结构静力行为计算 假定刚度： 跨中挠度与梁长的比值 假定强度： 梁的最大应变小于等于 120με 由上述两个 “ 桥梁结构设计假定 ” 确立该桥梁模型的设 计荷载标准，由此标准确定实验荷载，并计算出在任意所 选实验荷载作用下所考察断面的结构应力与挠度

9 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 图 3 ：用有限元程序对模型桥进行静、动力分析建模 2 、桥梁模型结构静、动力行为计算分析的有限元方法 西南交大力学实验教学中心实验教案

10 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 思考： 1 、你所确定的设计荷载是由刚度控制还是由强度控制？ 2 、进行结构内力计算过程中是否应该考虑横向分布系数？ 依据该桥的结构设计，荷载横向分布系数计算宜采用何种方 法？ 西南交大力学实验教学中心实验教案

11 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 实验 2 ：模型桥梁结构荷载（静载）试验 1 、考察断面：跨中、 1/4 断面 2 、试验荷载确定： 0.85≤ η=s 1 /s 2 ≤1.05 3 、考察断面试验荷载位置：由满足 η 的位置确定 4 、布置测点：应变计及位置（见图 4 ） 5 、加载测试：挠度用百分表、应变设备 YD-88 （见图 5 ） 6 、试验数据分析：分析结构强度与刚度是否满足设计 西南交大力学实验教学中心实验教案

12 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 图 4 ：布测点 图 5 ：百分表与应变仪 思考： 测量模型桥挠度还有没有其它有效方法，精度如 何？ 西南交大力学实验教学中心实验教案

13 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 1 、敲击法测量模型桥结构自振频率 实验 3 、 4 ： 模型桥梁结构自振频率测试实验 模型桥梁结构振动模态测试实验 图 6 ：自振频率测试原理及仪器设备配置图 西南交大力学实验教学中心实验教案

14 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 2 、正弦定频激振测量模型桥结构振动模态 图 7 ：模型桥振动模态测试原及设备配置图 思考： 比较频率测试结果与结构动力分析中频率的计算 结果，分析理论计算与实验结果差异的原因。 西南交大力学实验教学 中心实验教案

15 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 实验 5 ： 模型桥结构动应变测试（建议跨中、 1/4 跨处） 图 8 ：模型桥动应变测试原理及设备配置图 思考： 测试结构动应变在工程上有何意义？ 西南交大力学实验教学中心实验教案

16 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 实验 6 ： 桥梁动挠度实验（应变式与光电式） 1 、结构动挠度 图 9 ：实验装置 西南交大力学实验教学中心实验教案

17 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 西南交大力学实验教学中心实验教案 图 10 ：光电式桥梁动挠度测试系统（ BJQN-4B ） 2 、光电式挠度仪测试结构动挠度

18 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY BJQN-4B 型光电式桥梁动挠度测试工作流程 西南交大力学实验教学中心实验教案

19 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY BJQN-4B 型采集的典型动挠度曲线 西南交大力学实验教学中心实验教案

20 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 应变式动挠度测试系统（自研制： GLX-1 型） 西南交大力学实验教学中心实验教案 3 、应变式挠度仪器测试模型桥结构动挠度

21 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY GLX-1 型应变式动挠度测试系统 应变计布置并接入应变信号采集处理器 西南交大力学实验教学中心实验教案

22 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY GLX-1 型采集分析软件界面 西南交大力学实验教学中心实验教案

23 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY GLX-1 型采集的典型动挠度曲线 西南交大力学实验教学中心实验教案

24 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 实验结果整理与分析（建议） ★ 移动荷载速度 （ m/s ） 动挠度最大值 （ mm ） 测试冲击系数 （ ч1 ） 计算冲击系数 （ ч2 ） 备注 V1=V1= V2=V2= V3=V3= V4=V4= 2 、各移动荷载速度下动挠度测试分析曲线 3 、实验结果分析与体会 1 、各移动荷载速度下动挠度与冲击系数测试结果 西南交大力学实验教学中心实验教案

25 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 思考： 1 、采用动态应变信号可以测量结构动挠度，但该 方法有什么缺陷？ 2 、动应变信号与动挠度信号均可以得到结构在移 动荷载作用下的冲击系数，该冲击系数各有什么工程 意义？

26 SOUTHWESTJIAOTONG UNIVERSITY 谢谢大家！