簡支鋼桁架非破損試驗指導書

1、 結 構 力 學 試 驗簡支鋼桁架非破損試驗指導書土木與建筑學院結構實驗中心簡支鋼桁架非破損試驗指導書一、實驗目的 1.掌握結構靜載試驗常用儀器、設備使用方法,并了解其主要性能指標。2通過對桁架節(jié)點位移、桿件內(nèi)力的測量對桁架結構的工作性能及計算理論作出評判，深刻理解對稱荷載、對稱性等知識點。3.了解結構靜載試驗的試驗方案、方法設計。4掌握試驗數(shù)據(jù)的整理、分析和表達方法。5. 學會誤差分析，加載-卸載分析。6通過分工協(xié)作,培養(yǎng)團結合作的團隊精神。二、實驗設備和儀器1試件鋼桁架、跨度3.6米，上下弦、腹桿均采用等邊角鋼 225×3（F=2×143.2 mm2），節(jié)點板厚=10

2、mm，測點布置見下圖所示。鋼材Q345 。試件的材料性能：Ess= (200210)*109Pa；fsy=345MPa1-21電阻應變片 I-V撓度計圖1-1簡支鋼桁架計算簡圖 2加載系統(tǒng)利用杠桿原理的砝碼加載法，壓力傳感器,測力儀等。3XL 2118C型力/應變綜合參數(shù)測試儀2臺(或YJ-28-P10R靜態(tài)電阻應變儀2臺)。4百分表、撓度計及支架。三、實驗方案1加載裝置與加載方案桁架實驗一般多采用垂直加載方式，加載位置務需準確、垂直，以防止桁架平面外受力較大，影響實驗進行和讀數(shù)的準確性。另外，由于桁架外平面剛度較弱，安裝時必須采用專門措施，設置側向支撐，以保證桁架的側向穩(wěn)定。側向支撐點的位置

3、應根據(jù)安全要求確定。同時側向支撐應不妨礙桁架在其平面內(nèi)的位移。桁架實驗時支座的構造可以采用梁實驗的支承方法，支承中心線的位置務需準確，其偏差對桁架端節(jié)點的局部受力和支座沉降影響較大，對鋼筋混凝土桁架影響更大，故應嚴格控制。三角形屋架受荷后，下弦伸長較多，滾動支座的水平位移往往較大，因此支座墊板應有足夠的尺寸。桁架實驗加荷方法可采用實物加荷（如用屋面板等，多用于現(xiàn)場鑒定性實驗），也可采用吊蘭加荷（多用于木桁架實驗），也采用同步液壓千斤頂加荷，實驗時應使桁架受力穩(wěn)定、對稱、防止出現(xiàn)平面外失穩(wěn)破壞，同時還要充分估計千斤頂?shù)挠行谐?，防止因行程不足而影響實驗的進行，在實驗過程中加載者要采取有效措施防止

4、千斤頂回油影響測量數(shù)據(jù)的準確性。桁架的實驗荷載不能與設計荷載相符合時，亦可采用等效荷載代換，但應驗算，使主要受力構件或部位的內(nèi)力接近設計情況，還應注意荷載改變后可能引起的局部影響，防止產(chǎn)生局部破壞。本次桁架試驗采用垂直加荷方式，桁架兩邊簡支，具體加載方案為利用杠桿原理的砝碼加載法，在L/2處單點加載和采用在分配梁梁下設置滾軸支座實行2點和3點加載方案。2測點布置觀測項目一般有強度、抗裂度、撓度和裂縫寬度、桿件內(nèi)力等，本實驗主要測量撓度和應變，可采用撓度計或水準儀和應變儀，測點一般布置于下弦節(jié)點。為測量或扣除支座沉陷，在桁架兩支座的中心線上應安置垂直方向的位移計。另外還需在下弦兩端安裝兩個水平方

5、向的位移計，以測量在荷載作用下的固支和滾支的水平側移值。桿件內(nèi)力測量，可用電阻應變片或接觸式位移計，其安裝位置隨桿件受力條件和測量要求而定，桿件應變測量點均設置在每一桿件的中間區(qū)段，為消除自重彎矩的影響，電阻應變片貼在截面的重心連線上。因桁架結構為對稱結構，在對稱荷載作用下，對稱桿件的內(nèi)力（應變）和對稱節(jié)點的撓度在理論上其值分別對稱相等，故上述測點布置利用對稱性進行自檢提供了便利。本次測量項目有：桁架整體變形（撓度）；桿件內(nèi)力。采用百分表測量撓度，撓度測點均布置在桁架下弦節(jié)上，跨中3個表，支座各1個表，共5個百分表?？缰需旒芨鼽c撓度等于相應百分表測量值消除支座沉降在該點產(chǎn)生的影響。采用電阻應變

6、儀測量桁架桿件應變，應變片每桿布置1片（或2片時桿件應變?nèi)∑骄担?，?1片（或42片），測點布置如圖11。應用虎克定理求桿件應力及內(nèi)力。實驗前應將每個百分表和每個應變片編號并記錄其所在位置，以方便記錄、計算。3實驗步驟本實驗為開放式：實驗前，學生應仔細閱讀實驗指導書，想好實驗過程，在指導教師解答提問、講明注意事項之后，由學生自己提具體實施方案，經(jīng)指導教師同意后，分組自行操作實驗。教師給出實驗所需的儀器設備并實時指導。具體實驗步驟如下：（1）考察實驗場地及儀器設備，聽實驗介紹并寫出實驗方案與實驗方法；畫記錄表和記錄圖,進入實驗室進行實驗。 （2）檢查試件和實驗裝置，架百分表，要求垂直對準；先按

7、單點加載方案安裝杠桿加載裝置。（電阻應變片已預先貼好）。（3）預加載實驗（1KN荷載）。檢查裝置試件和儀表工作是否正常，發(fā)現(xiàn)問題及時排除。然后卸預載。（4）作好記錄準備,讀儀表初值并記錄初值。（5）正式實驗。加載制度：5級加載，每級0.5KN (或1KN)，滿載后分3級卸載，加卸載每級停歇時間5分鐘，停歇的中間讀數(shù)并記錄。讀數(shù)應盡可能保證同時性。（6）正式實驗可重復兩次。(7)再選擇2點和3點加載方案重復上述步驟進行試驗。(8) 實驗后每人寫一份實驗報告。四、注意事項 （1）桁架實驗由于利用杠桿原理的砝碼加載法，要求學生掌握杠桿原理砝碼加載法及其荷載計算。（2）為保證試驗數(shù)據(jù)可靠，試驗時嚴禁碰

8、撞桁、支架及保護裝置。（3）實驗前應將每個百分表和撓度計以及應變片編號并畫出簡圖，以便記錄正確。（4）記錄變形的學生要掌握百分表正確的讀數(shù)方法。（5）加載前對各儀器要進行檢查并讀取初始值。（6）加載者要相互配合,采取措施，避免碰撞桁架及其它相關設備，加載要慢、輕，以免影響讀數(shù)。（7）學生要按預約時間提前趕到桁架實驗室（工科2號樓A202室）。（8）學生在桁架實驗室（工科2號樓A202室）內(nèi)要保持衛(wèi)生，不準亂丟東西，不準在實驗室內(nèi)吃任何東西。 通過對兩種加載方案的理論計算后，應對彎矩（應力）、變形（豎向與水平方向）進行對比分析，總結規(guī)律，進而推廣到桁架結構在集中荷載與均布荷載作用下的力學性能分析

9、，并進一步對桁架結構在實際工程中的應用提出自己的見解，至少應做好一種加載方案的試驗并進行分析。五、實驗報告實驗報告包括如下項目：（一）試驗名稱、教學班級、姓名、學號、任課教師姓名、指導教師姓名（二）試驗目的（三）試驗原理（四）試驗方案簡述加載方案、加載方法、加載裝置、測點布置、加載制度、實驗過程等。1、加載方案(下面三圖中有一處存在問題,請找出并更正)單點加載方案：兩點加載方案：三點加載方案：2、加載方法、加載裝置：利用杠桿原理的砝碼加載法 下圖中的支點位置應根據(jù)本人實際所采用的比例畫出并標出比例值 （五）試驗儀器、設備（六）實驗步驟、過程（七）試驗數(shù)據(jù)整理、分析、表達1內(nèi)力分析（1）桁架各桿

10、件理論內(nèi)力分析。下面以桁架跨中單點加載為例進行講述,其它加載方式自己計算。圖1-2（2）桁架各桿件實驗內(nèi)力分析。根據(jù)彈性理論（虎克定理）、桿件的實測截面面積F、彈性模量E和實測應變值列表計算桿件內(nèi)力并與理論值進行比較，或進行應變的理論值與實測值進行比較。根據(jù)單位荷載作用圖進行應變的理論值計算（見下表）0.5Kn荷載作用下桿件內(nèi)力計算表（注意：1、統(tǒng)一單位 2、每級荷載一個表）計算Ni理 123456789101112131415161718192021E（）Ni理Ai（）i理=Ni理/EAi或根據(jù)試驗測得的應變進行每級（0.5Kn）荷載作用下桿件內(nèi)力計算表（注意：1、統(tǒng)一單位 2、每級荷載一個

11、表）計算Ni測 123456789101112131415161718192021E（）iAi（）Ni=EAii綜合上述理論值與實測值得到以下結果表格理論值與實測值對比表（應變或內(nèi)力結果表）（或KN）（單點與兩點）123456789101121（05）1KN理論實測（1）2KN理論實測（15）3KN理論實測（2）4KN理論實測（25）5KN理論實測卸載理論實測（3）內(nèi)力結果比較分實測值與理論值畫兩根線（一根虛線，一根實線），分析差異原因。P圖13 P曲線注意：1、零桿可不畫。2、要標著坐標軸符號與單位。3、拉桿畫右側，壓桿畫左側。2撓度分析（1）計算理論值依據(jù)實測桿件截面積F和彈性模量E計算各

12、點撓度值。A：（）節(jié)點在0.5KN荷載作用下?lián)隙壤碚撝涤嬎悖▎吸c加載方案）0.5KN荷載作用下（）節(jié)點撓度理論值計算表（注意：統(tǒng)一單位）（）Npi（）Li（）Ai（）上懸桿148121620腹桿25911131721下懸桿6101418E=（ 200-210）GPa f= 1/E·B：節(jié)點在0.5KN荷載作用下?lián)隙壤碚撝涤嬎悖ㄒ詥吸c加載方案為例）0.5KN荷載作用下（）節(jié)點撓度理論值計算表（注意：統(tǒng)一單位）（）Npi（）Li（）Ai（）上懸桿148121620腹桿25911131721下懸桿6101418E= （ 200-210）GPa f= 1/E·（2）分析各點實測撓度

13、值變形記錄表（mm）P(kN)初值加載（KN）卸載（KN）表號00.511.522.51.50.50根據(jù)記錄表數(shù)據(jù)減初值后得到各表在各級荷載作用下的變形值P(kN)加載（KN）卸載（KN）表號0.511.522.51.50.50注；卸載部分可算可不算再在上計算表格基礎上采用梯形圖處理法消除支座沉降對下弦、節(jié)點產(chǎn)生的影響,具體方法采用梯形圖處理法。（每級荷載一個梯形圖，共五個）P(kN)加載（KN）表號0.511.522.5綜合上述理論值與實測值得到變形結果表格撓度結果表（mm）0.5KN理論實測1KN理論實測1.5KN理論實測2KN理論實測2.5KN理論實測卸載理論實測（3）根據(jù)上述變形結果表繪制各節(jié)點（）節(jié)點、節(jié)點荷載變形曲線（Pf曲線）（理論、實測曲線）和桁架整體變形曲線（Lf曲線）（理論、實測曲線，一根虛線，一根實線，注意、三節(jié)點的位置） P L f f圖14 Pf曲線 圖15 桁架變形曲線3進行加載卸載的應變及撓度對比分析，從變形發(fā)展方面考慮，找出各自的規(guī)律。（八）誤差分析、加載-卸載分析（九）根據(jù)實驗結果與理論計算的比較，討論理論計算的準確性。并根據(jù)實驗結果的綜合分析、對桁架的工作特性和計算理論作出結論。拉桿壓桿節(jié)點加載拉長壓縮增大卸載回縮回