簡支鋼桁架非破損試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、 結(jié) 構(gòu) 力 學(xué) 試 驗(yàn)簡支鋼桁架非破損試驗(yàn)指導(dǎo)書土木與建筑學(xué)院結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中心簡支鋼桁架非破損試驗(yàn)指導(dǎo)書一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)常用儀器、設(shè)備使用方法,并了解其主要性能指標(biāo)。2通過對桁架節(jié)點(diǎn)位移、桿件內(nèi)力的測量對桁架結(jié)構(gòu)的工作性能及計(jì)算理論作出評判，深刻理解對稱荷載、對稱性等知識(shí)點(diǎn)。3.了解結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)方案、方法設(shè)計(jì)。4掌握試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、分析和表達(dá)方法。5. 學(xué)會(huì)誤差分析，加載-卸載分析。6通過分工協(xié)作,培養(yǎng)團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)精神。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)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(diǎn)板厚=10

2、mm，測點(diǎn)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(yīng)變片 I-V撓度計(jì)圖1-1簡支鋼桁架計(jì)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(yīng)變綜合參數(shù)測試儀2臺(tái)(或YJ-28-P10R靜態(tài)電阻應(yīng)變儀2臺(tái))。4百分表、撓度計(jì)及支架。三、實(shí)驗(yàn)方案1加載裝置與加載方案桁架實(shí)驗(yàn)一般多采用垂直加載方式，加載位置務(wù)需準(zhǔn)確、垂直，以防止桁架平面外受力較大，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行和讀數(shù)的準(zhǔn)確性。另外，由于桁架外平面剛度較弱，安裝時(shí)必須采用專門措施，設(shè)置側(cè)向支撐，以保證桁架的側(cè)向穩(wěn)定。側(cè)向支撐點(diǎn)的位置

3、應(yīng)根據(jù)安全要求確定。同時(shí)側(cè)向支撐應(yīng)不妨礙桁架在其平面內(nèi)的位移。桁架實(shí)驗(yàn)時(shí)支座的構(gòu)造可以采用梁實(shí)驗(yàn)的支承方法，支承中心線的位置務(wù)需準(zhǔn)確，其偏差對桁架端節(jié)點(diǎn)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(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。桁架實(shí)驗(yàn)加荷方法可采用實(shí)物加荷（如用屋面板等，多用于現(xiàn)場鑒定性實(shí)驗(yàn)），也可采用吊蘭加荷（多用于木桁架實(shí)驗(yàn)），也采用同步液壓千斤頂加荷，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)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(shí)還要充分估計(jì)千斤頂?shù)挠行谐?，防止因行程不足而影響?shí)驗(yàn)的進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確性。桁架的實(shí)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)情況，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。本次桁架試驗(yàn)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(diǎn)加載和采用在分配梁梁下設(shè)置滾軸支座實(shí)行2點(diǎn)和3點(diǎn)加載方案。2測點(diǎn)布置觀測項(xiàng)目一般有強(qiáng)度、抗裂度、撓度和裂縫寬度、桿件內(nèi)力等，本實(shí)驗(yàn)主要測量撓度和應(yīng)變，可采用撓度計(jì)或水準(zhǔn)儀和應(yīng)變儀，測點(diǎn)一般布置于下弦節(jié)點(diǎn)。為測量或扣除支座沉陷，在桁架兩支座的中心線上應(yīng)安置垂直方向的位移計(jì)。另外還需在下弦兩端安裝兩個(gè)水平方

5、向的位移計(jì)，以測量在荷載作用下的固支和滾支的水平側(cè)移值。桿件內(nèi)力測量，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量要求而定，桿件應(yīng)變測量點(diǎn)均設(shè)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(yīng)變片貼在截面的重心連線上。因桁架結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，在對稱荷載作用下，對稱桿件的內(nèi)力（應(yīng)變）和對稱節(jié)點(diǎn)的撓度在理論上其值分別對稱相等，故上述測點(diǎn)布置利用對稱性進(jìn)行自檢提供了便利。本次測量項(xiàng)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(diǎn)均布置在桁架下弦節(jié)上，跨中3個(gè)表，支座各1個(gè)表，共5個(gè)百分表?？缰需旒芨鼽c(diǎn)撓度等于相應(yīng)百分表測量值消除支座沉降在該點(diǎn)產(chǎn)生的影響。采用電阻應(yīng)變

6、儀測量桁架桿件應(yīng)變，應(yīng)變片每桿布置1片（或2片時(shí)桿件應(yīng)變?nèi)∑骄担?，?1片（或42片），測點(diǎn)布置如圖11。應(yīng)用虎克定理求桿件應(yīng)力及內(nèi)力。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將每個(gè)百分表和每個(gè)應(yīng)變片編號并記錄其所在位置，以方便記錄、計(jì)算。3實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)為開放式：實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生應(yīng)仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，想好實(shí)驗(yàn)過程，在指導(dǎo)教師解答提問、講明注意事項(xiàng)之后，由學(xué)生自己提具體實(shí)施方案，經(jīng)指導(dǎo)教師同意后，分組自行操作實(shí)驗(yàn)。教師給出實(shí)驗(yàn)所需的儀器設(shè)備并實(shí)時(shí)指導(dǎo)。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）考察實(shí)驗(yàn)場地及儀器設(shè)備，聽實(shí)驗(yàn)介紹并寫出實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)方法；畫記錄表和記錄圖,進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 （2）檢查試件和實(shí)驗(yàn)裝置，架百分表，要求垂直對準(zhǔn)；先按

7、單點(diǎn)加載方案安裝杠桿加載裝置。（電阻應(yīng)變片已預(yù)先貼好）。（3）預(yù)加載實(shí)驗(yàn)（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(shí)排除。然后卸預(yù)載。（4）作好記錄準(zhǔn)備,讀儀表初值并記錄初值。（5）正式實(shí)驗(yàn)。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(shí)間5分鐘，停歇的中間讀數(shù)并記錄。讀數(shù)應(yīng)盡可能保證同時(shí)性。（6）正式實(shí)驗(yàn)可重復(fù)兩次。(7)再選擇2點(diǎn)和3點(diǎn)加載方案重復(fù)上述步驟進(jìn)行試驗(yàn)。(8) 實(shí)驗(yàn)后每人寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。四、注意事項(xiàng) （1）桁架實(shí)驗(yàn)由于利用杠桿原理的砝碼加載法，要求學(xué)生掌握杠桿原理砝碼加載法及其荷載計(jì)算。（2）為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)禁碰

8、撞桁、支架及保護(hù)裝置。（3）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將每個(gè)百分表和撓度計(jì)以及應(yīng)變片編號并畫出簡圖，以便記錄正確。（4）記錄變形的學(xué)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(jìn)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(guān)設(shè)備，加載要慢、輕，以免影響讀數(shù)。（7）學(xué)生要按預(yù)約時(shí)間提前趕到桁架實(shí)驗(yàn)室（工科2號樓A202室）。（8）學(xué)生在桁架實(shí)驗(yàn)室（工科2號樓A202室）內(nèi)要保持衛(wèi)生，不準(zhǔn)亂丟東西，不準(zhǔn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)吃任何東西。 通過對兩種加載方案的理論計(jì)算后，應(yīng)對彎矩（應(yīng)力）、變形（豎向與水平方向）進(jìn)行對比分析，總結(jié)規(guī)律，進(jìn)而推廣到桁架結(jié)構(gòu)在集中荷載與均布荷載作用下的力學(xué)性能分析

9、，并進(jìn)一步對桁架結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用提出自己的見解，至少應(yīng)做好一種加載方案的試驗(yàn)并進(jìn)行分析。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括如下項(xiàng)目：（一）試驗(yàn)名稱、教學(xué)班級、姓名、學(xué)號、任課教師姓名、指導(dǎo)教師姓名（二）試驗(yàn)?zāi)康模ㄈ┰囼?yàn)原理（四）試驗(yàn)方案簡述加載方案、加載方法、加載裝置、測點(diǎn)布置、加載制度、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)加載方案：兩點(diǎn)加載方案：三點(diǎn)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(diǎn)位置應(yīng)根據(jù)本人實(shí)際所采用的比例畫出并標(biāo)出比例值 （五）試驗(yàn)儀器、設(shè)備（六）實(shí)驗(yàn)步驟、過程（七）試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、分析、表達(dá)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(diǎn)加載為例進(jìn)行講述,其它加載方式自己計(jì)算。圖1-2（2）桁架各桿件實(shí)驗(yàn)內(nèi)力分析。根據(jù)彈性理論（虎克定理）、桿件的實(shí)測截面面積F、彈性模量E和實(shí)測應(yīng)變值列表計(jì)算桿件內(nèi)力并與理論值進(jìn)行比較，或進(jìn)行應(yīng)變的理論值與實(shí)測值進(jìn)行比較。根據(jù)單位荷載作用圖進(jìn)行應(yīng)變的理論值計(jì)算（見下表）0.5Kn荷載作用下桿件內(nèi)力計(jì)算表（注意：1、統(tǒng)一單位 2、每級荷載一個(gè)表）計(jì)算Ni理 123456789101112131415161718192021E（）Ni理Ai（）i理=Ni理/EAi或根據(jù)試驗(yàn)測得的應(yīng)變進(jìn)行每級（0.5Kn）荷載作用下桿件內(nèi)力計(jì)算表（注意：1、統(tǒng)一單位 2、每級荷載一個(gè)

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

12、點(diǎn)撓度值。A：（）節(jié)點(diǎn)在0.5KN荷載作用下?lián)隙壤碚撝涤?jì)算（單點(diǎn)加載方案）0.5KN荷載作用下（）節(jié)點(diǎn)撓度理論值計(jì)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(diǎn)在0.5KN荷載作用下?lián)隙壤碚撝涤?jì)算（以單點(diǎn)加載方案為例）0.5KN荷載作用下（）節(jié)點(diǎn)撓度理論值計(jì)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(diǎn)實(shí)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(jì)算表格基礎(chǔ)上采用梯形圖處理法消除支座沉降對下弦、節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的影響,具體方法采用梯形圖處理法。（每級荷載一個(gè)梯形圖，共五個(gè)）P(kN)加載（KN）表號0.511.522.5綜合上述理論值與實(shí)測值得到變形結(jié)果表格撓度結(jié)果表（mm）0.5KN理論實(shí)測1KN理論實(shí)測1.5KN理論實(shí)測2KN理論實(shí)測2.5KN理論實(shí)測卸載理論實(shí)測（3）根據(jù)上述變形結(jié)果表繪制各節(jié)點(diǎn)（）節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)荷載變形曲線（Pf曲線）（理論、實(shí)測曲線）和桁架整體變形曲線（Lf曲線）（理論、實(shí)測曲線，一根虛線，一根實(shí)線，注意、三節(jié)點(diǎn)的位置） P L f f圖14 Pf曲線 圖15 桁架變形曲線3進(jìn)行加載卸載的應(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算的比較，討論理論計(jì)算的準(zhǔn)確性。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析、對桁架的工作特性和計(jì)算理論作出結(jié)論。拉桿壓桿節(jié)點(diǎn)加載拉長壓縮增大卸載回縮回