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桁架结构静力测试

邬雨萱1450502金永学1550873

工程背景：

钢桁架桥在现实中应用广泛，工程实例中有各种各样的钢桁架桥。钢桁架桥一般为超静定结构，以使桥更为安全。桁架杆件主要受轴向拉应力或压应力而不受弯矩。因此可以最大限度发挥材料的性能，让承受更大的力，因此其十分适合于大跨度结构。如图所示就是一座钢桁架桥。但是实际应用中的桁架桥的结点往往并非全铰接，其中或多或少带有刚接特性，因此实际使用时桁架的受力与理论计算并不完全相同。桁架结构是现代工程结构中最常用的结构之一。在荷载作用下，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，节省材料，减轻自重和增大刚度，同时，桁架结构还具有造型优美，坚固耐用，具有艺术性等特点，在现代工程实践当中得到广泛的应用。因此，桁架的设计和测试显得尤为重要。

实验目的：图

图1

（1）设计并组装桁架结构；

（2）理论分析选定杆件轴力大小和方向；

（3）了解应变片测量原理及使用方式；

（4）测定桁架各杆件轴力大小，并与理论值比较；

实验内容：

（1）桁架搭建：该桁架由24根265mm×10mm×5mm和90根190mm×10mm×5mm的钢杆通过螺钉连结起来。成型后效果如下图。

图一桁架实物图

(a)(b)(c)

图二节点构造图

（2）实验方案设计：杆件选择：在实验中，为了测得杆的轴力，我们选择了三种不同的杆件粘贴应变片。杆件位置及编号如下图所示：

每个测点在杆件的正，反两面分别粘贴应变片，编号后，再引出导线，接入DH-3818静态应变测试仪上。将应变片粘贴在杆件两侧，目的是排除由于受力不在桁架所在平面内而造成的杆件弯曲对测试的影响。在实验处理数据时，应取两个读数的平均值作为杆件的应变值。

加载设计：因简支梁的挠度在力集中在梁中点时达到最大，所以我们将荷载加在桁架的中间位置。为了加载方便，我们把加载点设计在桁架的上弦点A处。如上图所示。

（3）受力分析：该桁架结构有一定的对称性，在作受力分析图时我们只画结构的一半受力图：

（4）操作步骤：a.在需要测量的杆件上贴好应变片，将各应变片导线接入DH-3818静态应变测试仪并用电烙铁焊接牢固；

b.将DH-3818静态应变测试仪各通道清零并平衡；

c.加载，记录下各通道的读数，计算轴力，与理论值进行比较。

（5）实验数据处理：

测得每个杆件的横截面都是10.25×3.30mm(取横截面积为34mm2)的矩形，取弹性模量E=210G，重力加速度g=9.8m/s。

数据表如下：

P1=20N

测点

应变读数值（×10-6）

应变平均值（×10-6）

计算应力值（×10-1Mpa)

计算轴力值（N）

理论轴力值（N）

百分差（%）

1

-21

-10.5

-22.0

-74.8

-58.8

27.2%

-0

2

4

2

4.2

14.3

13.8

3.6%

-0

3

-4

-6.5

-13.6

46.2

-40.8

13.2%

-9

P1=40N

测点

应变读数值（*10-6）

应变平均值（*10-6）

计算应力值（*10-1）

计算轴力值（N）

理论轴力值（N）

百分差（%）

1

-41

-20.5

-43.0

-146.2

-117.6

24.3%

-0

2

10

5.0

10.5

35.7

27.7

28.9%

-0

3

-8

-14.0

-29.4

-99.9

-78.4

27.4%

-20

P1=60N

测点

应变读数值（*10-6）

应变平均值（*10-6）

计算应力值（*10-1）

计算轴力值（N）

理论轴力值（N）

百分差（%）

1

-62

-31.0

-65.1

-221.3

-176.4

25.4%

0

2

16

7.0

14.7

50.0

41.6

20.2%

-2

3

-11

-20.5

43.0

146.4

-117.6

24.5%

-30

实验分析与讨论

（1）在分析模型中，我们把桁架杆件的节点连接视为铰接，而在实际制作中我们是用螺栓连接的。虽然杆件之间可以发生小幅度的相对转动，但是节点还是对转动有一定约束，所以测得的数值与理论分析的数值相比会有一定的误差。