同济大学 优秀桁架实验报告精要.pdf

同济大学“工程力学I 实验设计”实验报告 工程力学I 实验设计 实验报告 同济大学“工程力学I 实验设计”实验报告 目录 一、设计构思及简图………………………………………1 二、理论计算过程与结果…………………………………4 三、制作过程………………………………………………7 四、实物照片………………………………………………11 五、加载成绩和破坏分析…………………………………12 六、心得与体会……………………………………………12 七、桁架实验数据报告……………………………………15 同济大学“工程力学I 实验设计”实验报告 一、设计构思及简图  主体结构 桁架在实验中，可以看成是简支梁。 水平的杆件在受到跨中竖直向下的荷载和两边支座的竖直向上的 支座反力的时候，会发生变形。由材料力学的知识可以容易知道，水 平杆件的变形大概如右图。 同时，在弯矩的作用下，跨中截面的最上端和最下端产生的正应力最大，由第三强度理 论，该两处的σ 最大，所以水平杆件最容易破坏的地方为该两处。因此，我们的设计围绕 r3 减少跨中的挠度和弯矩展开。 我们设计了两根斜杆。由于水平杆件的变形，斜杆将受到沿杆件方 向的压力。 在这基础上，我们又设计了一根竖直方向的杆件，在斜杆的作用下， 该杆件将会受到竖直向上的合力。 竖直方向的杆件会把该竖直向上的合力传递到水平杆件上，然后作 用在水平杆件的跨中。 在这样的过程下，水平杆件的跨中挠度将会减少，整体的挠度也会 一起减少。而且水平杆件跨中受到的集中荷载也会被抵消一部分，从而 来增加桁架所能承受的集中荷载。 在这样的基础上，水平杆件可能会由于整体的挠度不连续，而产生 破坏，我们在设计中有增加了两根斜杆，用来进一步减少水平杆件的挠 度，同时使得挠度比较连续。 此外，为了防止最外侧的两根斜杆由于所受压力过大而产生压杆稳 定，所以，在设计中，我们又添加了两个垂直于最外侧斜杆的斜杆。 为了使得结构更加稳定，我们将其设计成双层的桁架结构。为了防 止加载时两层结构由于错位而破坏，我们在两层桁架中设置了四根横置 的杆件。其中顶部的杆件是夹在两层结构中间。而下面三根杆件则搁置 在两层结构中间，因为这样可以使得当两边结构产生错位时，并非胶水 结合处受切应力而是下面三根横置的杆件作为梁受弯矩作用。经计算， 胶水结合处抗切的能力不强，而杆件能承受的极限弯矩相对较大。这样 的设计比较科学。 经过我们试验品的试验，我们发现，两边错位引起的应力集中在跨 中平面，因此，我们又添加了竖直平面上的斜杆。 为了进一步抵抗由于两边结构由于错位产生的破坏，我们又在下面设 计了两根水平面内的斜杆。两根斜杆的一段固定在支座上，另一 端在跨中，在满足抗错位的要求时，起了相当于悬挑梁的作用， 分担跨中的荷载。  节点结构 1 同济大学“工程力学I 实验设计”实验报告 值得商议的节点连接方式主要为顶部节点和中部W 型结构的下端节点。 而对于顶部节点，我们在设计时，列出了如下四种方案： (A) (B) (C) (D) 【方案A 】 由于下面的两根斜杆距离顶部太远，与水平杆的夹角太小，所以能提供的向上的力比较 小，不合适 【方案B 】 该方案能充分利用到结构的自稳定性，上部两根斜杆水平方向上相互平衡，而向上的合 力则为竖直杆件提供向上的力，而下面的斜杆与水平杆件的夹角变得更大，发挥的作用也更 大 【方案C 】 考虑到上面的两根斜杆的合力由竖直杆件平衡，进一步分解成平行于截面的力和垂直于 截面的力时，平行于截面的力比较大，取决于胶水的抗切能力，而胶水的抗切能力较小，不 合适 【方案D 】 该方案中，上面的斜杆过分挤压下面的斜杆，容易造成压杆失稳，不合适。 最终，对于顶部节点，我们选用了【方案B