2012大创中期08水平转体桥梁不同平衡状态下参数的试验研究

1、水平转体桥梁不同平衡状态下转体参数的试验研究大学生创新实验项目中期答辩展示2实验背景跨越既有线桥梁经常采用水平转体方法施工，以减小对既有线路运营的干扰，目前常用于跨越既有铁路、公路、河道的桥梁施工。转体前需要实验确定其平衡状态及摩阻系数等转体参数，并通过配重等措施，调整转体桥梁的平衡姿态，以达到顺利、平稳转体的目的。组员分工孙振宇刘金波王亚、鲍斯琴谢力创联系模型制造商家和采购实验所要要的仪器和设备，联系老师开展实验和会议，帮助大家更好地完成实验负责模型的设计和实验操作负责会议记录和研究记录，实验过程中采集数据负责数据处理和图形绘制工作4实验原理整个梁体的平衡表现为两种形式之一。（1）转动体球铰

2、摩阻力矩（Mz）大于转动体不平衡力矩(MG)。此时，梁体不发生绕球铰的刚体转动，体系的平衡由球铰摩阻力矩和转动体不平衡力矩所保持；（2）转动体球铰摩阻力矩（Mz）小于转动体不平衡力矩(MG)。此时，梁体发生绕球铰的刚体转动，直到撑脚参与工作，体系的平衡由球铰摩阻力矩、转动体不平衡力矩和撑脚对球心的力矩所保持5实验原理（1）转动体球铰摩阻力矩（Mz）大于转动体不平衡力矩(MG)。设转动体重心偏向南侧，在南侧承台实施顶力P1 （见图4-1）。当顶力P1逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：6实验原理设转动体重心偏向南侧，在北侧承台实施顶力P2 （见图4-2）。当顶力P2逐渐增加到使球铰发生微小转

3、动的瞬间，有：实验原理7实验原理8（2）转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩设转动体重心偏向北侧，此种情况下，只能在北侧承台实施顶力P2 。当顶力P2（由撑脚离地的瞬间算起）逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：（4-4）9实验原理（2）转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩当顶升到位（球铰发生微小转动）后，使千斤顶回落，设 为千斤顶逐渐回落过程中球铰发生微小转动时的力，则（4-4）10实验原理解方程（4-3）和（4-4），得到，不平衡力矩： 摩阻力矩： 11实验原理转动体球铰静摩擦系数的分析计算称重试验时，转动体球铰在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动，即微小角度的竖转。摩

4、阻力矩为摩擦面每个微面积上的摩擦力对过球铰中心竖转法线的力矩之和12实验原理由图可以得到： 所以： 其中，13实验原理当 时，代入公式进行积分可以得到： 此时， 当 时 ， ，此时与平面摩擦的结果基本一致。所以，当球铰面半径比较大，而矢高比较小时，即 比较小时，可将摩擦面按平面近似计算。 14实验原理根据研究成果及工程实践，使用四氟乙烯片并填充黄油的球铰静摩阻系数和偏心距可用下列各式为：球铰静摩阻系数： 转动体偏心距： 式中，R为球铰中心转盘球面半径；N为转体重量。15实验模型设计实验步骤2022/9/15环境工程1613.5cm13.5cm1）将模型放置于底座上，用钢尺从中心向两边各 量61

5、.5cm(距左右两边各13.5cm )做上标记。实验步骤2022/9/15环境工程172）装试验仪器，将两个静态应变仪用全桥式连接方法分别接到应变式位移传感器的1、3通道上。将两个静态应变仪分别放置于桥梁正下方的圆形转体下面，在未加荷载前接通电路时应变式位移传感器要有一定的读数。实验步骤2022/9/15环境工程183）打开应变式位移传感器开关并按一下自动平衡按钮，待1、3通道的应变数据复位到零后。4）将码放置于天平上称重记录天平数据后将其悬挂于模型桥梁的左端做标记处（尽量不让砝码有所晃动），应变式位移传感器示数稳定后读取1、3通道的数据，并将其记录表格之中。加载示意图2022/9/15环境工

6、程19F左 右试验步骤4）重复上个步骤的操作。在加载砝码时应该先加重量大的后加重量小的原则，以免出现大的误差。直到在加载某个砝码时应变式位移传感器的度数不能达到一个稳定的读数，趋于一致变大的变化（数据每次增长的幅度在25之间）时不再加载，几下此时的砝码质量，并多记载几次不同时刻的应变仪的读数5）型桥梁左侧的砝码取下，不要转动桥体的位置。稍微调整一下静态应变仪，在右侧重复操作以上步骤。6）将左右各做一次试验为一次试验，然后将两组数据在计算机上进行处理，画出图形并进行数据分析处理。算出仪器模型的偏心距7）重复以上作法，多算个仪器模型的偏心距数据，用数据统计法计算模型偏心距2021实验数据处理第一次

7、右边22实验数据处理第二次右边第二次左边2022/9/1523实验数据处理第三次右边第三次左边2022/9/1524实验数据处理第四次右边第四次左边2022/9/1525实验数据处理第五次右边第五次左边2022/9/1526实验数据处理第六次右边第六次左边27数据处理 摩阻系数平均值u ，标准差u， 偏心距平均值e，标准差e 计算如下式：28工作安排目前为止我们已经找出了模型的偏心距，接下来我们将对小偏心和大偏心实验进行研究。实验方案大致如下：1、采用弹簧秤进行加载，制造偏心则利用砝码。改变砝码的质量和在T型钢上的位置，从而改变偏心距，另一端则利用弹簧秤加载使装置平衡。2、在小偏心的实验中，由于科学研究中已经有比较成熟的小偏心曲线，我们只需验证我们方法的正确性即可继续进行实验。具体实验步骤与之前找出模型偏心距的方法一样，在此就不赘述了。3、在大偏心的实验中，当加载到使模型开始转动后需卸载，画出对应的荷载应变曲线，经过多次试验找出最准确、最普遍的曲线，从而用于工程中。项目成果及存在问题29存在问题及解决方法：加荷载时我们用的是砝码，而在加载的最后阶段需要大量的数据，因此需要把荷载细分，现在我们是以加水的方