桥梁结构专题实验三 无铰裸拱受力试验
指 导 书
一、实验内容、目的和要求
1、实验目的
(1) 增强对无铰板拱基本构造特征、传力过程、受力特性和内力分布情况等的理解和认识；
(2) 比较荷载以不同种类和形式在拱圈不同部位作用时，对拱圈内力和挠度的影响情况，验证按板拱理论设计计算无铰板拱桥的合理性；
(3) 培养学生进行结构试验与量测的动手能力和科学研究的分析能力。
2、实验内容
在单孔无铰棵拱有机玻璃模型上，量测下列情况时，裸拱跨中L/4、L/2、3L/4及拱脚的内力和挠度：
（1） 横向均布线荷载作用在L/2全宽处；
（2） 横向均布线荷载作用在L/4全宽处；
（3） 单个集中力作用在L/2的桥中线处；
(4) 单个集中力作用在L/2的—侧边缘处。
3、实验要求
（1）注意事项
模型试验—般是小结构、小构件、小尺寸的试验，因而所观测的数据也大多是很微小的，绝对变形可小到干分之—毫米以下，相对变形可小到—个微应变以下。然而荷载要求却又较大，从几个牛到几百牛甚或千牛以上。因此，变形量测的设备应较精密，观察测试须认真仔细。
鉴于试验时力和变形要同时量测而非一人所能独自完成，这就要求既要分工协作，又要有机配合，严格纪律，听从统一指挥；既要大胆进行实验操作，又要小心谨慎，勿使模型和仪器设备受到人为或意外的损伤。据此结合与本实验有所相关的《桥梁工程》课程之章节内容，实验时应注意以下几个方面：
① 熟悉所要进行试验的桥梁结构形式、构造特点，受力特性、计算原理、计算方法和所采用的计算公式等
② 了解桥梁模型的材料性能、结构构造特征及其与真实桥梁间的差异；
③ 熟悉试验加载设备、方法与程序，懂得量测仪器的使用操作与用途，以及测点布设的原则与要求；
④ 认真检查加载系统、量测仪器和测点的精度及安装准确与否，待指导教师确认无误后，方可开机操作，进行试验；
⑤ 仔细量测，认真填写试验记录与表格，认真书写实验报告；
⑥ 整个试验过程必须在教师指导下，统一指挥，明确分工，协调操作，严格纪律，爱护公物，有条不紊地进行。
（2）要求
① 实验前应熟悉试验内容，列出试验提纲，复习并掌握与本试验有关的《桥梁工程》课程教学内容；
② 熟悉试验测量仪器、仪表和加载设施等的使用方法与操作规程，在模型的指定部安装仪表和施加荷载；
③ 按前述所列实验内容逐项加载，每一项目重复加载两次，每次加载前均应记录仪表读数。如两次加载的量测值相差10％及其以上时，应再加载继续量测并记录，直至量测值相差不超过10％时为止；
④ 整理分析试验数据，分别根据不同荷载工况，计算指定截面的内力和挠度，并与理论计算结果进行对比分析，提出实验报告。
二、主要仪器与设备
1、应变片（2×30）；
2、应变仪或静态数据采集系统（2×2）；
3、百分表（2×5）；
1、 杠杆加载系统（2×1）套。
三、模型结构构造
无铰裸拱桥模型由有机玻璃制作而成。板拱拱圈为等截面圆弧无铰拱，拱圈厚17mm，内弧半径500mm，净跨径500mm，净矢高100mm，矢跨比1/5。板拱拱圈与桥台固结成整体置于台座上，桥台与台座以螺旋固结。
模型结构构造与几何尺寸如图3-1所示。
四、加载方案与测点布置
1、加载方案
试验荷载由杠杆式加载系统来实施，荷载种类及加载位置分以下四种荷载工工况：
（1）荷载工况I：横向均布线荷载作用在跨中L/2；
（2）荷载工况Ⅱ：横向均布线荷载作用在跨中L/4处；
（3）荷载工况Ⅲ：单个集中力作用在跨中L/2处；
（4）荷载工况Ⅳ：单个集中力作用在跨中L/2的—侧边缘处。
荷载种类及加载位置示于图3-1。
2、测点布置
（1）应变片在拱脚、拱顶、四分点等五个断面的拱背和拱腹，沿桥中线和两侧边缘处顺桥向粘贴，每个测点就近布设一只应变片；
（2）百分表在两拱脚、两L/4截面及跨中五个断面拱腹处，沿桥中线各安设一个。
五、试验步骤
试验步骤同实验一。当量测模型几何尺寸时，尚须量测矢高和矢跨比，且应将净跨、净矢高和净矢跨比与计算跨径，计算矢高和计算矢跨比分别列出。
六、试验结果处理
1、两次继续加载的平均值与初加荷载之差作为计算荷载，与之相应的应变、挠度的平均值与初始值之差，分别为计算荷载作用下的应变和挠度；
2、相应于每种荷载工况，根据实测应变值换算出各量测载面的压力、弯矩和剪力。
七、提交实验报告
实验报告的主要内容，除第9条第（3）款为“挠度、弯矩、压力、剪力和水平推力和理论值”外，其余条款与（实验一）所列主要内容相同。试验报告的格式详见附录。
思考题
1、欲使裸拱拱圈截面的弯矩尽可能地小，或者说拱圈基本上只承轴向压力的作用，试验荷载将加何选取和施加？
2、集中力（沿桥轴或拱圈两侧边缘）作用时，沿桥宽方向的截面内力分布是否均匀变化？由此联想板拱理论不考虑荷载横向分布的影响是否合量？
3、仅就本试验荷载中的单个集中力加载量测结果，能否看出荷载效庆沿桥宽方向的不均匀性？试以挠度量测值予以说明。
