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摘要：设计了适合2人完成的桥梁振动实验，介绍了桥梁振动实验的内容，阐述了桥梁构造的设计原理和测量共振频率的方法，并分析了小车运动时桥梁的受力情况．该实验培养了学生的团结合作能力和动手能力．
关键词：振荡器；桥梁共振；数据采集器
1桥梁构造的设计
桥梁振动实验要求1个实验小组完成桥梁的搭建，在桥梁上的关键点接入传感器，将传感器接入PASCO的850数据采集器，并连接到计算机上做实时数据分析，求出共振点，并测出桥梁在小车经过时桥梁的受力情况，以便在设计桥梁时重点考虑．依据我校学生的实际情况，1组实验为2～3名学生在3～4h完成，除了搭建桥梁外，还要进行数据采集和数据处理分析等，为此经过多次测试选择了如图1所示的桥梁结构．
2共振频率的测量
设计桥梁时必须掌握共振点的共振频率，在桥梁上的关键点接入2～3个传感器，最多接5个传感器，沿桥梁跨度等间隔放置，通过集中器连接到PASCO的850数据采集器，并连接到计算机中，如图1所示，传感器对振动进行检测．放置振动器，振动器是由信号发生器带动并且由橡皮粘贴到桥梁上，振动器做正弦运动时对桥梁进行推拉．桥梁出现晃动，传感器将桥梁晃动的信息传给计算机，在安装的Capstone软件中，创建带有2个图形区的FFT显示框，挑选出2个负载单元中每个元件的受力情况创建2个Run－Tracked用户输入数据表，命名为“Res．频率1”和“Res．频率2”，分别代表了每个负载单元的共振频率．首先用手或锤子敲击桥粱顶部或中间位置3次，产生的谐振模式，对产生的振动做FFT变换，找到单个振动点振动频率，然后振动器以较小的振动点振动频率做正弦运动对桥梁进行推拉，如果出现连续2次“Res．频率1”和“Res．频率2”都相等，如图2所示的5．498Hz，就是找到1个桥梁的共振频率，需要连续找3个这样的共振频率．
3小车运动时桥梁受力情况测量
移去振动器，将传感器接入桥梁被测处的横杆位置，使小车运动后，传感器接收到如图3所示的数据．小车经过3．535s到第1个传感器受力为0．59N，经过3．620s到第2个传感器受力为0．51N．实验可以测出桥梁不同点的受力情况．
4实验分析
可以对桥梁引入缺陷测试，例如重新移动1根或多根工字型梁，然后重复实验，观察桥梁振动的变化，可以发现共振频率不同，即桥梁的共振频率可以改变．当振动频率在共振频率时，桥梁振动幅度较大．该实验可根据我校学生的实际情况自行设计成2人1组的新实验，也可多人1组，还也可以将多套设备放在一起设计成综合性实验．实验的开设开阔了学生视野，培养了学生的团结合作能力和动手能力，摆脱了传统的“一机一项目”的陈旧模式，学生可以根据具体实验和研究内容自由搭配和组合，方便利用现有设备对新问题和新现象进行实验设计和探索；同时所有测量均通过数字化方式进行，通过数据采集设备直接输入微机，并且对实验结果进行实时采集、监控和分析．我校2016级学生卢浩琳、李浩洋等5位学生用桥梁组件和传感器等设计了新的实验，该实验在参加学校组织的物理实验比赛中获得了一等奖第三名的好成绩．该实验也是学生最受欢迎的实验之一．
参考文献：
［1］渠红亮．浅析桥梁施工技术存在的问题与措施［J］．佳木斯职业学院学报，2015（6）：390－391．
［2］罗志高，贺奇才，李晓原，等．综合性大学物理实验［M］．北京：人民邮电出版社，2018．
［3］石梅香．基于AD7657的铁路桥梁检测数据采集系统设计［J］．实验室研究与探索，2011（2）：70－73.
作者:罗志高 张锦 单位:中山大学
