簡(jiǎn)支鋼桁架靜載非破壞性試驗(yàn)

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一個(gè)試驗(yàn)報(bào)告

簡(jiǎn)支鋼桁架靜載非破壞性試驗(yàn)

一個(gè)試驗(yàn)報(bào)告

目錄

一、試驗(yàn)對(duì)象簡(jiǎn)介與應(yīng)用2

二、試驗(yàn)介紹3

三、試驗(yàn)重點(diǎn)4

四、試驗(yàn)對(duì)比5

五、試驗(yàn)方案、步驟6

六、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理11

七、試驗(yàn)報(bào)告與誤差分析13

八、

一個(gè)試驗(yàn)報(bào)告

一、試驗(yàn)對(duì)象簡(jiǎn)介與應(yīng)用

桁架（truss），由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)。在荷載作用下，桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強(qiáng)度，在跨度較大時(shí)可比實(shí)腹梁節(jié)省材料，減輕自重和增大剛度，故適用于較大跨度的承重結(jié)構(gòu)和高聳結(jié)構(gòu)，如屋架、橋梁、輸電線路塔、衛(wèi)星發(fā)射塔、水工閘門、起重機(jī)架等。常用的有鋼桁架、鋼筋混凝土桁架、預(yù)應(yīng)力混凝土桁架、木桁架、鋼與木組合桁架、鋼與混凝土組合桁架。桁架按外形分有三角形桁架、梯形桁架、多邊形桁架、平行弦桁架，及空腹桁架。在選擇桁架形式時(shí)，應(yīng)綜合考慮桁架的用途、材料、支承方式和施工條件，在滿足使用要求的前提下，力求制造和安裝所用的材料和勞動(dòng)量為最小。而根據(jù)其幾何樣式的不同可分為三角形桁架（在沿跨度均勻分布的節(jié)點(diǎn)荷載下，上下弦桿的軸力在端點(diǎn)處最大，向跨中逐漸減少；腹桿的軸力則相反。三角形桁架由于弦桿內(nèi)力區(qū)別較大，材料消耗不夠合理，多用于瓦屋面的屋架中。)、梯形桁架(和三角形桁架相比，桿件受力狀況有所改善，而且用于屋架中可以更簡(jiǎn)單滿足某些工業(yè)廠房的工藝要求。假使梯形桁架的上、下弦平行就是平行弦桁架，桿件受力狀況較梯形略差，但腹桿類型大為減少，多用于橋梁和棧橋中。)、多邊形桁架(也稱折線形桁架。上弦節(jié)點(diǎn)位于二次拋物線上，如上弦呈拱形可減少節(jié)間荷載產(chǎn)生的彎矩，但制造較為繁雜。在均布荷載作用下，桁架外形和簡(jiǎn)支梁的彎矩圖形相像，因而上下弦軸力分布均勻，腹桿軸力較小，用料最省，是工程中常用的一種桁架形式。)、空腹桁架(基本取用多邊形桁架的外形，上弦節(jié)點(diǎn)之間為直線，無斜腹桿，僅以豎腹桿和上下弦相連接。桿件的軸力分布和多邊形桁架相像，但在

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不對(duì)稱荷載作用下桿端彎矩值變化較大。優(yōu)點(diǎn)是在節(jié)點(diǎn)相交會(huì)的桿件較少，施工制造便利。)等。

二、試驗(yàn)介紹

1、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)

用等邊角鋼焊接而成的鋼桁架如計(jì)算簡(jiǎn)圖所示.試件———鋼桁架、跨度6m，上下弦采用等邊角鋼2∠706(F=2816mm2)，腹桿采用等邊角鋼2∠565(F=2514mm2)，節(jié)點(diǎn)板厚δ=4mm，測(cè)點(diǎn)布置見下圖所示.鋼材Q345.1—電阻應(yīng)變片2—撓度計(jì)

2、試驗(yàn)項(xiàng)目

各桿件的應(yīng)變和鋼桁架下弦結(jié)點(diǎn)的撓度。3、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)了解所用儀器的原理，學(xué)會(huì)所用儀器設(shè)備的安裝、操作與讀數(shù)、(2)通過對(duì)鋼桁架各桿件的應(yīng)變和鋼桁架下弦結(jié)點(diǎn)的撓度的量測(cè)，來檢驗(yàn)桁架的工作特性和驗(yàn)證桁架、(3)通過試驗(yàn)，學(xué)會(huì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、(4)把握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)中靜力試驗(yàn)的基本過程和方法；進(jìn)一步學(xué)習(xí)、把握應(yīng)變和撓度測(cè)量?jī)x器的性能、安裝和使用方法；了解桁架結(jié)構(gòu)的加載方法、原理和特點(diǎn)。通過對(duì)構(gòu)件內(nèi)力、撓度、桿件附加彎矩的測(cè)定，運(yùn)用相關(guān)專業(yè)知識(shí)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的工作性能作出評(píng)定，把握靜力試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理分析和結(jié)構(gòu)性能評(píng)定技能，解決工程實(shí)

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際問題。分析、整理與表達(dá)。

4、試驗(yàn)步驟

準(zhǔn)備工作------分級(jí)加載(1級(jí))--------分級(jí)卸載(1級(jí))5、試驗(yàn)特點(diǎn)

應(yīng)變測(cè)試點(diǎn)多(有6點(diǎn))，結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性。6、桁架內(nèi)力計(jì)算假定:

(1)結(jié)點(diǎn)為鉸結(jié)點(diǎn).(2)桿件軸線為直線且通過鉸中心.(3)荷載及支座反力作用在結(jié)點(diǎn)上。

三、試驗(yàn)重點(diǎn)

本試驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)主要有以下幾方面的內(nèi)容:

1、桁架的工作特性:在結(jié)點(diǎn)荷載作用下桁架各桿件呈二力桿特性，具體地說是上弦為壓桿，在應(yīng)變特性上表現(xiàn)為負(fù)應(yīng)變(壓應(yīng)變)，下弦桿為拉桿在應(yīng)變特性上表現(xiàn)為正應(yīng)變(拉應(yīng)變)，腹桿中有拉桿、壓桿、零桿(要特別注意其前提:在結(jié)點(diǎn)荷載作用下，這點(diǎn)在誤差分析中很重要)。

2、桁架計(jì)算理論:節(jié)點(diǎn)法和截面法.本試驗(yàn)報(bào)告中涉及到幾個(gè)單位荷載作用圖，而幾個(gè)單位荷載作用圖的正確與否直接關(guān)系到本試驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量。

3、結(jié)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)值的處理:應(yīng)考慮支座沉降值對(duì)結(jié)點(diǎn)撓度測(cè)量值的影響，采用梯形圖處理方法。

4、時(shí)效作用對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響:鋼結(jié)構(gòu)在某級(jí)荷載作用下其變形充分發(fā)展一般需要兩個(gè)小時(shí)，但是由于時(shí)間關(guān)系學(xué)生在試驗(yàn)課上不可能按兩小時(shí)加一次

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荷載，這也是產(chǎn)生誤差的主要原因。

5、加載—卸載分析:對(duì)加載到某級(jí)荷載與卸載到同一級(jí)荷載的桿件應(yīng)變和結(jié)點(diǎn)的撓度進(jìn)行對(duì)比分析、總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律，分析原因。

6、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、整理與表達(dá):采集的方法，要點(diǎn);試驗(yàn)數(shù)據(jù)的定性分析與定量分析相結(jié)合;試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理應(yīng)優(yōu)先采用表格表達(dá)方式;試驗(yàn)數(shù)據(jù)的表達(dá)一般采用圖、表(記錄表格、計(jì)算表格、結(jié)果表格)、數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式。7、結(jié)點(diǎn)撓度理論值的計(jì)算:應(yīng)采用簡(jiǎn)化表格計(jì)算方法，具體地說就是先計(jì)算某結(jié)點(diǎn)在P荷載作用下的撓度理論值(為包含荷載P的數(shù)學(xué)式)。

四、試驗(yàn)對(duì)比

針對(duì)當(dāng)前試驗(yàn)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)并結(jié)合具體的合理化建議與要求進(jìn)行了試驗(yàn)改革的摸索與研究:

1、出發(fā)點(diǎn):1)針對(duì)現(xiàn)代試驗(yàn)大型化、現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢(shì)，為了既培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力又能讓學(xué)生接觸和熟悉現(xiàn)代先進(jìn)的儀器設(shè)備及比較先進(jìn)的試驗(yàn)手段、方法.2)判斷支座支撐狀況是否良好.3)了解“摸態(tài)〞(振型)的概念，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2、改革方法:1)將傳統(tǒng)手動(dòng)采集方式改為一半點(diǎn)仍采用手動(dòng)采集，一半改用自動(dòng)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集.2)采用振動(dòng)及動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)演示試驗(yàn)，并借此判斷支撐條件的好壞.3)通過增加或改變加載點(diǎn)數(shù)量和位置進(jìn)行試驗(yàn)，培養(yǎng)試驗(yàn)者對(duì)對(duì)稱性、等效荷載的理解與深化.

3、試驗(yàn)改革前后對(duì)比:簡(jiǎn)支桁架非破損試驗(yàn)(綜合性、設(shè)計(jì)性試驗(yàn))與簡(jiǎn)支桁架非破損試驗(yàn)(驗(yàn)證型)的主要優(yōu)點(diǎn)在于:改變了加載點(diǎn)位置，加載點(diǎn)數(shù)量，使

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對(duì)稱性變成了非對(duì)稱性，相應(yīng)地使試驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)形式變得繁雜、多樣，客觀上要求學(xué)生必需主動(dòng)做好試驗(yàn)的充分準(zhǔn)備，這樣就調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)試驗(yàn)的主動(dòng)性及興趣，同時(shí)可以有效抑制驗(yàn)證型試驗(yàn)中出現(xiàn)的試驗(yàn)報(bào)告千篇一律的抄襲現(xiàn)象，真正培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力.

4、改革效果:經(jīng)過改革將驗(yàn)證型試驗(yàn)升華為設(shè)計(jì)、創(chuàng)新綜合型試驗(yàn)，不僅增加了試驗(yàn)難度，還大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.

五、試驗(yàn)方案、步驟

撓度計(jì)

A鋼桁架尺寸與測(cè)點(diǎn)布置圖

試件——鋼桁架、跨度2.0m，上下弦桿采用等邊角鋼2∠202.5，腹桿采用

2∠202.5，測(cè)點(diǎn)布置見圖1.1所示；

2、加載設(shè)備——油壓千斤頂或吊籃重物加載；3、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀；4、百分表及支架；5、傾角儀。

(一)、試驗(yàn)方案

桁架試驗(yàn)一般多采用垂直加荷方式，

桁架試驗(yàn)支座的構(gòu)造可以采用梁試驗(yàn)

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的支承方法，支承中心線的位置盡可能確鑿，其偏差對(duì)桁架端結(jié)點(diǎn)的局部受力影響較大，對(duì)鋼筋混凝土桁架影響更大，故應(yīng)嚴(yán)格控制。三角形屋架受荷后，下弦伸長較多，滾動(dòng)支座的水平位移往往較大，因此支座墊板應(yīng)有足夠的尺寸。桁架試驗(yàn)加荷方法可采用實(shí)物加荷，也可采用吊籃加荷，但一般多采用螺旋千斤頂或同步液壓千斤頂加荷，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)使桁架受力穩(wěn)定、對(duì)稱、防止平面外失穩(wěn)破壞，同時(shí)還要充分估計(jì)千斤頂?shù)挠行谐獭?/p>

桁架的試驗(yàn)荷載不能與設(shè)計(jì)荷載相符合時(shí)，亦可采用等效荷載代換，但應(yīng)驗(yàn)算，使主要受力構(gòu)件或部位的內(nèi)力接近設(shè)計(jì)狀況，還應(yīng)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。

觀測(cè)項(xiàng)目一般有節(jié)點(diǎn)撓度和轉(zhuǎn)角、桿件內(nèi)力等。測(cè)量撓度，可采用撓度計(jì)或水準(zhǔn)儀，測(cè)點(diǎn)一般布置于下弦結(jié)點(diǎn)。為測(cè)量支座沉陷，在桁架兩支座的中心線上應(yīng)安置垂直方向的位移計(jì)。桿件內(nèi)力測(cè)量，可用電阻應(yīng)變片或接觸式位移計(jì)，其安裝位置隨桿件受力條件和測(cè)量要求而定。

荷載分級(jí)、開裂荷載和破壞荷載的判別，參照梁的試驗(yàn)。

桁架試驗(yàn)由于荷載點(diǎn)高，加荷載過程中要特別注意安全，以防損壞儀器設(shè)備和造成人身傷害。

本試驗(yàn)采用縮尺鋼桁架作非破損檢驗(yàn)，以達(dá)到熟悉的目的。桿件應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)設(shè)置在桿件的中間區(qū)段，為消除自重彎矩的影響，電阻應(yīng)變片均安裝在截面的重心線上，見圖1.3。在水平桿AF及BJ的支座處裝傾角儀，量測(cè)在各級(jí)荷載下的轉(zhuǎn)角變化。撓度測(cè)點(diǎn)均布置在桁架下弦結(jié)點(diǎn)上，同時(shí)支座處尚應(yīng)裝置百分表測(cè)量沉降值（及側(cè)移值）。

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附：試驗(yàn)儀器

應(yīng)變片粘貼位

圖1.2簡(jiǎn)支剛桁架

表1-1

試驗(yàn)儀器表

圖1.3應(yīng)變片粘貼位置示意圖

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(二)、試驗(yàn)步驟

1、試驗(yàn)設(shè)備的連接及調(diào)試：

①應(yīng)變的連接及調(diào)試

將桁架上的應(yīng)變片按半橋單臂的方式（參見試驗(yàn)二）接入DH3818靜態(tài)電阻應(yīng)變儀上，采用公共補(bǔ)償。連接完畢后觀測(cè)每個(gè)測(cè)點(diǎn)是否都處在正常工作狀態(tài)(即每個(gè)通道均有數(shù)字顯示，而不是“〞)。

②百分表的安裝及調(diào)整

將磁芯表座吸附在置于地上的穩(wěn)定的鋼梁上（若鋼梁不穩(wěn)，在測(cè)試過程中產(chǎn)生晃動(dòng)，將會(huì)影響測(cè)試精度），并將百分表的滑桿頂端頂在桁架的各節(jié)點(diǎn)上，旋緊表座連桿上的旋扭，輕輕觸動(dòng)百分表，假使指針晃動(dòng)之后能回到原位，說明百分表已固定好；再旋轉(zhuǎn)表盤，使表盤上的兩個(gè)（或三個(gè)）指針的讀數(shù)協(xié)調(diào)一致。

注意：由于撓度是結(jié)構(gòu)某一位置與一不動(dòng)點(diǎn)的相對(duì)位置變化，因此，安裝好百分表后，在荷載為零時(shí)，不一定要把百分表的指針調(diào)零，可以有一個(gè)初讀數(shù)，關(guān)鍵是要把百分表大小針的進(jìn)位關(guān)系調(diào)整好。

百分表調(diào)整方法：輕輕滑動(dòng)百分表的滑桿，使表盤中的小指針指到整數(shù)并

2、正式試驗(yàn)：

①預(yù)載：加40kN荷載，循環(huán)兩次，做預(yù)載試驗(yàn)。其目的為：消除節(jié)點(diǎn)和結(jié)合部位的間隙，使結(jié)構(gòu)進(jìn)入正常工作狀態(tài)；檢查全部試驗(yàn)裝置的可靠性；檢查全部觀測(cè)儀表的工作是否正常；檢查現(xiàn)場(chǎng)的組織工作和人員的工作狀況。然后卸載，及時(shí)排除發(fā)現(xiàn)的問題。

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預(yù)載過程中要注意觀測(cè)應(yīng)變及撓度測(cè)試儀表的讀數(shù)是否發(fā)生變化，變化狀況是否正常。

②正式加載及測(cè)量：采用分級(jí)等量的荷載進(jìn)行加荷，先施加10kN初載(結(jié)構(gòu)試驗(yàn)測(cè)量的是結(jié)構(gòu)在每級(jí)加載后的應(yīng)變及撓度增量，為了排除荷載較小時(shí)的非線性段，使數(shù)據(jù)結(jié)果更理想，更好地了解整個(gè)靜載試驗(yàn)過程，因此將P0=10kN作為零荷載)，初載施加完畢后，將應(yīng)變儀調(diào)零并記錄初讀數(shù)，同時(shí)記錄撓度的初讀數(shù)。然后進(jìn)行分級(jí)加載，每級(jí)荷載30kN（P=30kN），共加三級(jí)，即10kN40kN70kN100kN。每加一級(jí)荷載之后穩(wěn)載5分鐘，然后讀取應(yīng)變及撓度數(shù)據(jù)，記錄在表6-1中。試驗(yàn)共進(jìn)行兩個(gè)循環(huán)，排除所測(cè)讀數(shù)的偶然性。

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六、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

表6-1

原始記錄表格

根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變公式

ε=δ/Ε

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表6-2平均應(yīng)變值

表6-3

整理數(shù)據(jù)記錄表

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七、試驗(yàn)報(bào)告與誤差分析

1、鋼材本身存有缺陷。

2、桁架結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，放在鋼架上加壓時(shí)沒有確切在桁架中心，應(yīng)變片貼片位置不夠確切且左右貼片位置不對(duì)稱。

3、桁架在加載過程中產(chǎn)生了塑性變形，同時(shí)