水利工程實(shí)驗(yàn)

1、水利工程實(shí)驗(yàn)（二）輔導(dǎo)資料三主 題：靜定桁架實(shí)驗(yàn)的輔導(dǎo)資料學(xué)習(xí)時(shí)間：2017年3月27日2017年9月6日內(nèi) 容：這周我們將學(xué)習(xí)靜定桁架實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容。一、學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求及需要掌握的重點(diǎn)內(nèi)容如下：1、掌握實(shí)驗(yàn)的目的； 2、掌握實(shí)驗(yàn)的整個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟； 3、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。二、主要內(nèi)容桁架是什么呢？桁架是由桿件組成的格構(gòu)式體系，當(dāng)荷載只作用在節(jié)點(diǎn)上時(shí)，各桿內(nèi)力主要為軸力（彎矩很小故一般不予考慮），截面上應(yīng)力基本上均勻分布，可充分發(fā)揮材料作用，因此多用于大跨結(jié)構(gòu)。本次實(shí)驗(yàn)的題目為靜定桁架實(shí)驗(yàn)。（一）本次試驗(yàn)的目的1、掌握桿件應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和桁架的受力特點(diǎn)； 2、通過對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)位移、支座沉降和

2、桿件內(nèi)力測(cè)量，以及對(duì)測(cè)量結(jié)果處理分析，掌握靜力非破壞試驗(yàn)基本過程；3、結(jié)合實(shí)驗(yàn)桁架，對(duì)桁架工作性能做出分析與評(píng)定； （二）本次試驗(yàn)使用的儀器、設(shè)備及試驗(yàn)構(gòu)件1、靜定剛桁架2、手動(dòng)加載儀3、力傳感器4、應(yīng)變采集系統(tǒng)5、H3815靜態(tài)電阻應(yīng)變儀及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)6、千分表、磁性表座、游標(biāo)卡尺和米尺等（三）試驗(yàn)方案1、本實(shí)驗(yàn)采用豎向加載，由于桁架平面外剛度較小，故實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐，以保證平面外穩(wěn)定；2、本實(shí)驗(yàn)支座的形式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響很大，所以應(yīng)該保證支座的支撐中心線準(zhǔn)確，并且應(yīng)嚴(yán)格控制支座偏差；3、本次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)項(xiàng)目有撓度、桿件的內(nèi)力和應(yīng)變。撓度可根據(jù)量程選取的位移計(jì)量測(cè)，本實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置在下弦桿、

3、腹桿、上弦桿；桿件內(nèi)力是通過電阻應(yīng)變片算出；4、荷載分級(jí)加載，且必須控制在彈性范圍內(nèi)；（四）實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示：1-手動(dòng)加載儀；2-力傳感器；3、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；下弦1、2、3、4為百分表；本實(shí)驗(yàn)的桁架圖片：實(shí)驗(yàn)原理回顧為了計(jì)算桁架內(nèi)力，我們作如下的基本假定：1、桁架節(jié)點(diǎn)都是光滑鉸結(jié)點(diǎn)，不能傳遞力矩；2、桁架各桿的軸線都為直線，且都通過鉸的中心；3、荷載和支座反力都作用在節(jié)點(diǎn)上； 通過以上假定，我們只需列出水平向和豎直向平衡方程就可求出桁架內(nèi)力?，F(xiàn)在給出試驗(yàn)桿件的內(nèi)力計(jì)算的理論值，如下圖所示通過計(jì)算，我們可以發(fā)現(xiàn)桁架承受向下的荷載時(shí)，特點(diǎn)是上弦桿受壓，下弦桿受拉。因此在設(shè)計(jì)桁架

4、時(shí)，盡量使短的桿件布置在上弦，長(zhǎng)的桿件布置在下弦，以避免壓桿失穩(wěn)；荷載向上時(shí)，結(jié)論相反。我們?cè)倏纯丛囼?yàn)桁架的內(nèi)力圖，大家思考一下，如果腹桿反向布置，桁架受力將如何變化？對(duì)比一下我們就可以評(píng)定桁架工作性能的優(yōu)劣了。通過內(nèi)力分析可以看出，反向布置以后，腹桿由之前的受拉變?yōu)槭軌?，但是受力的大小不變，為避免壓桿失穩(wěn)，上圖所用的桁架形式比下圖更優(yōu)，受力更合理，更能發(fā)揮材料的作用。（五）實(shí)驗(yàn)步驟1、配置好如圖所示的桁架，貼好應(yīng)變片；下面我們連接被測(cè)桿件；首先是上弦桿的兩對(duì)應(yīng)變片，腹桿兩對(duì)應(yīng)變片，下弦桿兩對(duì)應(yīng)變片。接下來我們連接測(cè)量?jī)x器。把采集系統(tǒng)和電腦連接。2、打開靜態(tài)應(yīng)變采集系統(tǒng)，儀表調(diào)零，記錄初始讀數(shù)

5、，且做好記錄準(zhǔn)備。3、啟動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變采集系統(tǒng)并清零；4、現(xiàn)在正式加載，按照F1=500N，F(xiàn)=500N試驗(yàn)，共分四級(jí)加載，每級(jí)荷載持續(xù)時(shí)間1分鐘，停歇之后讀數(shù)，將記錄的數(shù)據(jù)填寫在試驗(yàn)表格中；下面我們加第一級(jí)荷載，F(xiàn)1=500N，我們持載一分鐘，按同樣的加載程序，將荷載分別增加到1000N、1500N和2000N，分別讀取各級(jí)荷載作用下千分表的讀數(shù)及各桿件應(yīng)變片應(yīng)變值，具體數(shù)據(jù)如表所示。5、接下來我們進(jìn)行卸載，分兩級(jí)卸載，分別是卸載到1000N和0；卸載同樣持續(xù)時(shí)間為一分鐘，停歇之后讀數(shù)，將記錄的數(shù)據(jù)填寫到實(shí)驗(yàn)表格中。本次實(shí)驗(yàn)加載過程中，四個(gè)千分表的讀數(shù)如下表所示。荷載N表累計(jì)表累計(jì)表累計(jì)表累計(jì)實(shí)

6、際實(shí)際50000.0750.1250100000.1450.2530150000.2200.3770200000.2850.5020100000.1420.2510000.0010.0020撓度的計(jì)算公式如下：下面讀取各桿件的應(yīng)變，加載至500N時(shí)，上弦桿1、2兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的微應(yīng)變分別為-34、-36，腹桿兩個(gè)微應(yīng)變分別為27、26。下弦桿微應(yīng)變分別為18、19。加載至1000N時(shí)，上弦桿1、2兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的微應(yīng)變分別為-68、-72，腹桿兩個(gè)微應(yīng)變分別為53、51。下弦桿微應(yīng)變分別為34、37。加載至1500N時(shí)，上弦桿1、2兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的微應(yīng)變分別為-100、-106，腹桿兩個(gè)微應(yīng)變分別為78、76。

7、下弦桿微應(yīng)變分別為52、55。加載至2000N時(shí)，上弦桿1、2兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的微應(yīng)變分別為-133、-142，腹桿兩個(gè)微應(yīng)變分別為104、101。下弦桿微應(yīng)變分別為69、73。卸載至1000N時(shí)，上弦桿1、2兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的微應(yīng)變分別為-67、-70，腹桿兩個(gè)微應(yīng)變分別為51、50。下弦桿微應(yīng)變分別為35、37。整理好的數(shù)據(jù)表格如表所示，請(qǐng)將表格中的數(shù)據(jù)填寫到實(shí)驗(yàn)報(bào)告相應(yīng)的表格中。下面回顧一下有應(yīng)變計(jì)算受力的原理和公式：由于試驗(yàn)應(yīng)變采集系統(tǒng)測(cè)試的微應(yīng)變，現(xiàn)在回顧一下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系：由胡克定律我們可知：截面應(yīng)力等于彈性模量E乘應(yīng)變；其中應(yīng)力等于力F比截面面積A；則有E·=F/A；從而F=E

8、3;·A為了方便試驗(yàn)計(jì)算，我們給出事先測(cè)量的材料相關(guān)參數(shù)桿外徑（mm）桿內(nèi)徑（mm）桿面積（mm2）單位長(zhǎng)度重量（kg/m）桿間長(zhǎng)度（mm）彈性模量（MPa）222065.940.515002.06X105依據(jù)上面的公式，很容易得出一個(gè)微應(yīng)變對(duì)應(yīng)應(yīng)力為：F=2.06×105×10-6×65.94=13.58N本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的各桿件的微應(yīng)變?nèi)缦卤硭荆汉奢dN上弦桿腹桿下弦桿1點(diǎn)2點(diǎn)均值力1點(diǎn)2點(diǎn)均值力1點(diǎn)2點(diǎn)均值力500-34-36272618191000-68-72535134371500-100-106787652552000-133-14210410169731000-67-70515035370000000根據(jù)上表中測(cè)得的