結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

結(jié)構(gòu)力學(xué)指導(dǎo)書(shū)

齊魯理工學(xué)院

實(shí)驗(yàn)須知

1.實(shí)驗(yàn)前必須預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中相關(guān)的內(nèi)容，了解本次實(shí)驗(yàn)的目的、要求及注意

事項(xiàng)。

2.按預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，不得無(wú)故遲到、早退、缺席。

3.進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，不得高聲喧嘩和擅自亂動(dòng)儀器設(shè)備，損壞儀器要賠償。

4.保持實(shí)驗(yàn)室整潔，不準(zhǔn)在機(jī)器、儀器及桌面上涂寫(xiě)，不準(zhǔn)亂丟紙屑，不準(zhǔn)隨地

吐痰。

5.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守操作步驟和注意事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)中，若遇儀器設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)

立即向教師報(bào)告，及時(shí)檢查，排除故障后，方能繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。

6.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若未按操作規(guī)程操作儀器，導(dǎo)致儀器損壞者，將按學(xué)校有關(guān)規(guī)定

進(jìn)行處理。

7.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，同組同學(xué)要相互配合，認(rèn)真測(cè)取和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

8.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將儀器、工具清理擺正。不得將實(shí)驗(yàn)室的工具、儀器、材料等物

品攜帶出實(shí)驗(yàn)室。

9.實(shí)驗(yàn)完畢，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)教師認(rèn)可后方能離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。

10.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求字跡端正、繪圖清晰、表格簡(jiǎn)明、實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確。

目錄

實(shí)驗(yàn)一典型桁架結(jié)構(gòu)靜載實(shí)驗(yàn)..............................1

實(shí)驗(yàn)二典型剛架結(jié)構(gòu)靜載實(shí)驗(yàn).............................9

實(shí)驗(yàn)三超靜定組合結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形測(cè)量..................17

實(shí)驗(yàn)四節(jié)點(diǎn)性質(zhì)及支座性質(zhì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)..................19

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

實(shí)驗(yàn)一典型桁架結(jié)構(gòu)靜載實(shí)驗(yàn)

一、概述

桁架(truss),由直線(xiàn)桿件組成的格構(gòu)體系，當(dāng)荷載只作用于節(jié)點(diǎn)上時(shí)，各

桿內(nèi)力主要為軸向拉力或壓力，截面上的應(yīng)力基本上均勻分布，可以充分發(fā)揮材

料的作用。因此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(xiàn)

路塔、衛(wèi)星發(fā)射塔、水工閘門(mén)、起重機(jī)架等都是桁架在實(shí)際結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用，

所以桁架實(shí)驗(yàn)是結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中不可或缺的一部分。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.認(rèn)識(shí)桁架結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)荷載作用下的內(nèi)力分布規(guī)律。

2.驗(yàn)證桁架結(jié)構(gòu)中的零桿。

三'實(shí)驗(yàn)原理

1.典型桁架結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)

(1)三角形桁架實(shí)驗(yàn)

圖1-1三角形桁架簡(jiǎn)圖

圖1T所示三角形桁架在頂點(diǎn)結(jié)點(diǎn)單位荷載作用下其軸力分布如圖1-2所

示，從其軸力圖可以看出其受力特點(diǎn)為：只有上、下弦桿件受力，腹桿全部為零

桿，且所有上弦桿件受力相同，所有下弦桿件受力相同。根據(jù)該結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),

可在實(shí)際測(cè)試時(shí)選擇測(cè)量上弦各桿及下弦各桿軸力是否相同，是否和理論值相

符，腹桿是否全為零桿。

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

在實(shí)際工程中，三角形屋架結(jié)構(gòu)的上弦和下弦桿件往往是一根通長(zhǎng)桿件，并

不像圖1-1中所示各個(gè)桿件均在節(jié)點(diǎn)處斷開(kāi)，也就是說(shuō)實(shí)際工程中采用的三角形

屋架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-3所示。這種結(jié)構(gòu)形式在節(jié)點(diǎn)荷載作用下，各個(gè)桿件的軸

力大小和圖廠2所示的桿件軸力大小相同。但若考慮桿件的軸向變形會(huì)產(chǎn)生如圖

1-4所示的彎矩，如桿件的抗彎能力較弱，則這部彎矩將會(huì)對(duì)實(shí)測(cè)桿件的應(yīng)力產(chǎn)

生不可忽略的影響。

圖1-3三角形屋架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

圖1-4傳統(tǒng)三角形屋架彎矩圖

-0.50-0.50

4

0.50

O

IIIIIIIIIIIHlTTTlrwiiiiiiiiiiiniiiii

0.500.50

1.001.00

圖1-6梯形桁架內(nèi)力圖

3

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

圖1-5所示梯形桁架在上部中間節(jié)點(diǎn)單位荷載作用下的軸力分布如圖1-6

所示，從其軸力圖可以看出其受力特點(diǎn)為：內(nèi)力呈對(duì)稱(chēng)分布，且對(duì)稱(chēng)軸上的豎腹

桿為零桿。根據(jù)上述受力特點(diǎn)，可在實(shí)際測(cè)試時(shí)選擇測(cè)量各腹桿及弦桿的實(shí)測(cè)值

是否和理論值相符，結(jié)構(gòu)內(nèi)力是否對(duì)稱(chēng)分布以及對(duì)稱(chēng)軸上的豎腹桿是否為零桿。

2.桁架結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)測(cè)試分析原理

結(jié)構(gòu)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果是要將實(shí)測(cè)值與理論值相比較，對(duì)桁架實(shí)驗(yàn)而言?xún)?/p>

者比較的項(xiàng)目為軸力及節(jié)點(diǎn)位移。軸力及節(jié)點(diǎn)位移的理論值利用幾何求解器可直

接得到，但在實(shí)際測(cè)試時(shí)我們可以測(cè)得節(jié)點(diǎn)位移及桿件上某一點(diǎn)的應(yīng)變，卻無(wú)法

直接得到桿件上軸力。對(duì)于軸力，我們是通過(guò)在桿件同一截面對(duì)稱(chēng)位置粘貼電阻

應(yīng)變片的方法來(lái)測(cè)量測(cè)量的。由于實(shí)測(cè)應(yīng)變的平均值由軸力引起，經(jīng)計(jì)算分析可

得到該截面的軸力大小。另外，桁架結(jié)構(gòu)會(huì)不可避免的產(chǎn)生附加彎矩產(chǎn)生的次應(yīng)

力，通過(guò)同一截面兩應(yīng)變的差值可以分析次應(yīng)力的大小。

四'實(shí)驗(yàn)方案

桿件結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的目的在于研究不同桿件結(jié)構(gòu)在確定荷載下的內(nèi)力分布，實(shí)驗(yàn)

流程為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)類(lèi)型，確定加載方式~分析內(nèi)力分布，確定實(shí)驗(yàn)方案一加載

測(cè)試一根據(jù)測(cè)試結(jié)果設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)形式或加載方案，如此循環(huán)。

1.實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)量工具

口-IL4型多功能結(jié)構(gòu)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置（圖1-7、1-8）、卷尺、150nlm游

標(biāo)卡尺。

K/—IL4型多功能結(jié)構(gòu)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置由機(jī)架和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)兩部

分組成，加載部分由加載機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的傳感器組成，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的加載，并

將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)化為電參量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由應(yīng)變儀及相應(yīng)軟件組成，主要完成

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、分析等。

2.結(jié)構(gòu)模型的組裝、加載方案

4

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

圖1-7三角形屋架實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

圖1-8梯形桁架結(jié)構(gòu)模型

安裝好的三角形屋架結(jié)構(gòu)模型如圖1-7所示，梯形屋架結(jié)構(gòu)模型如圖18

所示，兩者均安裝在下橫梁的導(dǎo)軌上，加載裝置安裝在上橫梁上，當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

加載小車(chē)手柄時(shí)，蝸輪蝸桿向上運(yùn)動(dòng)，便可以對(duì)結(jié)構(gòu)模型施加一個(gè)向上的豎向荷

載，而當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)加載小車(chē)手柄時(shí)，蝸輪蝸桿向下運(yùn)動(dòng)，便可以對(duì)結(jié)構(gòu)模型施

加一向下的豎向荷載。

3.數(shù)據(jù)測(cè)試方案

結(jié)構(gòu)所受的荷載通過(guò)安裝在加載桿件端部的拉壓力傳感器測(cè)量，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力

通過(guò)粘貼在桿件上的應(yīng)變片測(cè)量，結(jié)構(gòu)的變形通過(guò)安裝在節(jié)點(diǎn)位置的拉線(xiàn)式位移

傳感器測(cè)量。

5

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

4.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆治鎏幚?/p>

實(shí)驗(yàn)前利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮陬A(yù)設(shè)荷載下的內(nèi)力，并據(jù)此算出

粘貼應(yīng)變片位置處的應(yīng)力，得出其應(yīng)變值，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中校核實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確

性。同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄所施加的荷載及桿件應(yīng)變，

實(shí)驗(yàn)完成后利用數(shù)據(jù)分析軟件的相關(guān)功可以方便讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到力與應(yīng)變的

關(guān)系曲線(xiàn)，然后依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理就可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性，得出相應(yīng)結(jié)論。

五'完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告

在了解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作后，就應(yīng)該完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告包括：明確相關(guān)概念、預(yù)估桿件的最大荷載、明確操作步驟等，在

完成預(yù)習(xí)報(bào)告時(shí)，有些條件實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)已給出（包括后續(xù)的試驗(yàn)操作步驟簡(jiǎn)介）、

有些條件為已知條件、有些條件則需要查找相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或參考資料。通過(guò)預(yù)習(xí)報(bào)告

的完成，將有利于正確理解及順利完成實(shí)驗(yàn)。

有條件的同學(xué)可以利用多媒體教學(xué)課件，分析以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、觀看實(shí)驗(yàn)過(guò)

程等。

完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，并獲得輔導(dǎo)教師的認(rèn)可，是進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)操作的先決條

件。

六'實(shí)驗(yàn)操作步驟簡(jiǎn)介

下面以三角形屋架為例來(lái)說(shuō)明整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，梯形屋架的實(shí)驗(yàn)流程和三角形

屋架的實(shí)驗(yàn)流程類(lèi)似。

L測(cè)量、收集原始參數(shù)，調(diào)整桿的安裝尺寸

（1）選擇實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度較高的桿件，收集到實(shí)驗(yàn)得到的原始參數(shù)

包括桿件的彈性模量E、外徑。及壁厚3,填入相應(yīng)的計(jì)算表格。當(dāng)采用可調(diào)桿

件時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整可調(diào)桿件兩固定孔的長(zhǎng)度至設(shè)計(jì)值。

（2）收集荷載傳感器、位移傳感器的靈敏度系數(shù)及電阻應(yīng)變片的阻值、靈

敏度系數(shù)、導(dǎo)線(xiàn)電阻等。

2.安裝實(shí)驗(yàn)裝置

首先將所需桿件準(zhǔn)備齊全，若用到了可調(diào)桿件時(shí)，要將桿件長(zhǎng)度調(diào)整至設(shè)計(jì)

值，并備緊端部的備緊螺絲，然后在地面或桌面上將結(jié)構(gòu)的上部桿件組裝成型，

6

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

然后調(diào)整各個(gè)支座至安裝位置，將組裝好的上部桿件結(jié)構(gòu)安裝在支座的相應(yīng)位

置，調(diào)整上橫梁上的加載裝置至合適位置，依次連接好測(cè)力傳感器、轉(zhuǎn)接桿件，

通過(guò)調(diào)整減速機(jī)傳動(dòng)桿的位置使得轉(zhuǎn)換桿件連接在加載點(diǎn)節(jié)點(diǎn)盤(pán)上。需要注意的

是，在安裝桿件時(shí)應(yīng)注意應(yīng)變片與框架平面的關(guān)系。

3.連接測(cè)試線(xiàn)路、設(shè)置測(cè)試參數(shù)及測(cè)試窗口參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)一。

4.加載測(cè)試

在桿件處于非受力狀態(tài)時(shí)平衡測(cè)點(diǎn)，啟動(dòng)采樣，分級(jí)加載，得到所需要的測(cè)

試數(shù)據(jù)。需要注意的是：3815N為靜態(tài)采集設(shè)備，停止采樣從新采樣時(shí)，并不覆

蓋原來(lái)的數(shù)據(jù)，而是連接在原來(lái)數(shù)據(jù)的后面，這樣就為一個(gè)實(shí)驗(yàn)多次采集數(shù)據(jù)提

供了方便。

在加載過(guò)程中，注意控制加載速度及最大荷載，應(yīng)保桿件的最大應(yīng)變不超過(guò)

600〃￡。得到正確的三組數(shù)據(jù)后，方可停止加載。試件恢復(fù)到非受力狀態(tài)時(shí)，停

止采集數(shù)據(jù)。這樣就完成了實(shí)驗(yàn)的加載測(cè)試過(guò)程。

5.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（1）驗(yàn)證數(shù)據(jù)

設(shè)置一荷載-應(yīng)變X-Y曲線(xiàn)，以觀測(cè)數(shù)據(jù)的線(xiàn)性及重復(fù)性。數(shù)據(jù)應(yīng)該為線(xiàn)性

的且有較好的重復(fù)性。

（2）讀取數(shù)據(jù)

由于本實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)較多，讀數(shù)時(shí)往往采用歷史曲線(xiàn)與數(shù)據(jù)表格聯(lián)合讀數(shù)的方

式，在歷史曲線(xiàn)中單擊右鍵，選擇“顯示拆分”、“數(shù)據(jù)同步”、“單光標(biāo)”，此時(shí)

移動(dòng)歷史曲線(xiàn)中的光標(biāo)，實(shí)施曲線(xiàn)及數(shù)據(jù)表格中的數(shù)據(jù)就會(huì)與歷史曲線(xiàn)的光標(biāo)數(shù)

據(jù)同步。讀數(shù)時(shí)，可以通過(guò)歷史曲線(xiàn)左側(cè)的讀數(shù)窗口、表格數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)的光

標(biāo)數(shù)據(jù)任一方式讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）分析數(shù)據(jù)

在測(cè)得所施加的荷載及桿件不同位置的應(yīng)變以后，結(jié)合以前實(shí)驗(yàn)得到的桿件

原始參數(shù)，便可以還原出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布圖。對(duì)比分析實(shí)測(cè)內(nèi)力圖與理論內(nèi)力圖

可得到實(shí)驗(yàn)誤差，查找誤差來(lái)源。

七'實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

7

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1.如果在實(shí)驗(yàn)中用到了可調(diào)桿件，則在安裝桿件之前，首先要對(duì)可調(diào)桿件進(jìn)

行定長(zhǎng)，將桿件端部的備緊螺栓擰緊；

2.在安裝過(guò)程中，注意應(yīng)變片與桁架平面的關(guān)系；

3.在加載過(guò)程中，不宜加載過(guò)快，利用祛碼加載時(shí)應(yīng)輕拿輕放，保證測(cè)試數(shù)

據(jù)的平穩(wěn)。

8

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

實(shí)驗(yàn)二典型剛架結(jié)構(gòu)靜載實(shí)驗(yàn)

一、概述

剛架也是由直線(xiàn)桿件組成的結(jié)構(gòu)，其中的結(jié)點(diǎn)主要是剛結(jié)點(diǎn)，也可以有部分

較結(jié)點(diǎn)或組合結(jié)點(diǎn)。剛節(jié)點(diǎn)比較結(jié)點(diǎn)多了一個(gè)轉(zhuǎn)角約束，使得剛架結(jié)構(gòu)和桁架結(jié)

構(gòu)在結(jié)構(gòu)輪廓相同的情況下，剛架可以比桁架少一些斜腹桿，從而在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形

成較大空間，便于使用。

與桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)不同，剛架結(jié)構(gòu)中的桿件主要受彎，在彈性段，桿件

截面上的應(yīng)力按線(xiàn)性分布，使用中不能充分發(fā)揮材料的作用。但在承受桿件中間

荷載時(shí)，剛架結(jié)構(gòu)中由于剛結(jié)點(diǎn)處能夠承受彎矩，在承受相同荷載作用時(shí)，往往

能夠減小消減構(gòu)件跨中彎矩的峰值，使得彎矩分配趨于均衡，從而提高材料的利

用效率，減小結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的截面尺寸。剛架結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)形式及受力特點(diǎn)在實(shí)際

工程中有著廣泛應(yīng)用，如工業(yè)廠房、框架結(jié)構(gòu)樓房等，因此有必要通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

剛架結(jié)構(gòu)在特定荷載作用下內(nèi)力分布的規(guī)律，掌握剛架結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的

內(nèi)力反映。

二'實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.驗(yàn)證剛架結(jié)構(gòu)在特定荷載作用下內(nèi)力分布規(guī)律及結(jié)點(diǎn)位移；

2.比較不同剛架結(jié)構(gòu)在相同類(lèi)型荷載作用下的內(nèi)力分布及節(jié)點(diǎn)位移;

3.進(jìn)一步了解剛節(jié)點(diǎn)的力學(xué)特性，理解清楚剛結(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)依據(jù)。

三'實(shí)瞼原理

1.四跨連續(xù)門(mén)式剛架水平加載內(nèi)力、節(jié)點(diǎn)位移測(cè)試實(shí)驗(yàn)

5Q0.Q5010500.05M.0

F

2468

3

圖2-1四跨連續(xù)平面剛架簡(jiǎn)圖

9

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

0.020.020.03

圖2-2四跨連續(xù)平面剛架彎矩圖

圖2-1所示四跨連續(xù)門(mén)式剛架在水平節(jié)點(diǎn)荷載作用下的受力特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)彎

矩和豎桿軸力（圖2-2及2-3所示）呈反對(duì)稱(chēng)分布，每根桿件彎矩均呈線(xiàn)性分布

且在桿件中部有反彎點(diǎn)，水平桿軸力從左向右依次減小且對(duì)稱(chēng)軸處的豎桿軸力為

零。

10

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

Q..0800.067

0.080飛I卜-0」33肝mz0.080

10

圖2-5兩層兩跨平面剛架計(jì)算簡(jiǎn)圖圖2-6兩層兩跨平面剛架彎矩圖

2.兩層兩跨門(mén)式剛架水平加載內(nèi)力、節(jié)點(diǎn)位移測(cè)試實(shí)驗(yàn)

圖2-5所示兩層兩跨平面剛架在水平節(jié)點(diǎn)荷載作用下的受力特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)彎

矩和豎桿軸分布，每根桿件彎矩均呈線(xiàn)性分布且在桿件中部有反彎點(diǎn)，水平桿軸

力從左向右依次減小且對(duì)稱(chēng)軸處的豎桿軸力為零。如圖2-6及2-7所示呈反對(duì)稱(chēng)

0.75

-0.290.000.29

1[KTrrrrrrirrriTrrnrrnTiTrrnTii—

92O92

■■--O.O?.O.

=

圖2-7兩層兩跨平面剛架軸力圖

兩種框架在結(jié)點(diǎn)荷載作用下內(nèi)力特點(diǎn)相似，可以任選其中一個(gè)驗(yàn)證其內(nèi)力分

布規(guī)律。

在忽略剪力的影響的條件，桿件各個(gè)位置的應(yīng)變由軸力和彎矩疊加產(chǎn)生，由

II

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖，根據(jù)桿件的截面尺寸，就可以得出結(jié)構(gòu)在單位荷載作用下各個(gè)桿

件不同位置的應(yīng)變，從而可以得出結(jié)構(gòu)在單位荷載下不同位置的應(yīng)變圖如圖

2-4。在試驗(yàn)過(guò)程中我們可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變圖及時(shí)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

結(jié)構(gòu)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果是要將實(shí)測(cè)值與理論值相比較，兩者比較的項(xiàng)目為

軸力、彎矩及節(jié)點(diǎn)位移，利用幾何求解器可直接得到，但在實(shí)際測(cè)試時(shí)我們可以

測(cè)得節(jié)點(diǎn)位移及桿件上某一點(diǎn)的應(yīng)變，但無(wú)法直接得到桿件上軸力及彎矩，通過(guò)

在桿件同一截面對(duì)稱(chēng)粘貼電阻應(yīng)變片的方法，經(jīng)計(jì)算分析可測(cè)得該截面的軸力及

彎矩。在忽略剪力影響的情況下，實(shí)測(cè)應(yīng)變的平均值由軸力引起，應(yīng)變的差值由

彎矩引起。通過(guò)分析測(cè)點(diǎn)應(yīng)力，可以得到桿件內(nèi)力的分布，根據(jù)其內(nèi)力分布規(guī)律

可以的得到結(jié)構(gòu)在對(duì)應(yīng)荷載作用下的內(nèi)力圖，對(duì)比起內(nèi)力圖可驗(yàn)證在水平節(jié)點(diǎn)荷

載作用下平面剛架的內(nèi)力分布規(guī)律。

四'實(shí)驗(yàn)方案

桿件結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)的目的在于研究不同桿件結(jié)構(gòu)在確定荷載下的內(nèi)力分布，實(shí)驗(yàn)

流程為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)類(lèi)型，確定加載方式一分析內(nèi)力分布，確定實(shí)驗(yàn)方案一加載

測(cè)試一根據(jù)測(cè)試結(jié)果設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)形式或加載方案，如此循環(huán)。

1.檢驗(yàn)裝置、測(cè)量工具

K/-FL4型多功能結(jié)構(gòu)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置、卷尺、150mm游標(biāo)卡尺。

力-口4型多功能結(jié)構(gòu)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置由機(jī)架和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)兩部分

組成，加載部分由加載機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的傳感器組成，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的加載，并將

被測(cè)物理量轉(zhuǎn)化為電參量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由應(yīng)變儀及相應(yīng)軟件組成，主要完成實(shí)

圖2-8四跨連續(xù)平面剛架

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、分析等。

2.結(jié)構(gòu)模型的組裝、加載方案

安裝好的四跨連續(xù)平面剛架如圖2-8所示，兩層兩跨平面剛架如圖2-9,所

示，兩者均安裝在下橫梁的導(dǎo)軌上，加載裝置安裝在左、右立柱上，當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)

動(dòng)加載小車(chē)手柄時(shí)，蝸輪蝸桿向左運(yùn)動(dòng)，便可以對(duì)結(jié)構(gòu)模型施加一個(gè)向左的水平

力，而當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)加載小車(chē)手柄時(shí)，蝸輪蝸桿向右運(yùn)動(dòng)，便可以對(duì)結(jié)構(gòu)模型施

加一向右的水平荷載。

3.數(shù)據(jù)測(cè)試方案

結(jié)構(gòu)所受的荷載通過(guò)安裝在加載桿件端部的拉壓力傳感器測(cè)量，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力

通過(guò)粘貼在桿件上的應(yīng)變片測(cè)量，結(jié)構(gòu)的變形通過(guò)安裝在節(jié)點(diǎn)位置的拉線(xiàn)式位移

傳感器測(cè)量。

4.實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆治鎏幚?/p>

實(shí)驗(yàn)前利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮陬A(yù)設(shè)荷載下的內(nèi)力，并據(jù)此算出

粘貼應(yīng)變片位置處的應(yīng)力，得出其應(yīng)變值，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中校核實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確

性。同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄所施加的荷載及桿件應(yīng)變,

實(shí)驗(yàn)完成后利用數(shù)據(jù)分析軟件的相關(guān)功可以方便讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到力與應(yīng)變的

關(guān)系曲線(xiàn)，然后依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理就可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性，得出相應(yīng)結(jié)論。

圖2-9兩層兩跨平面剛架

13

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

五'完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告

在了解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作后，就應(yīng)該完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告包括：明確相關(guān)概念、預(yù)估桿件的最大荷載、明確操作步驟等，在

完成預(yù)習(xí)報(bào)告時(shí)，有些條件實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)已給出（包括后續(xù)的試驗(yàn)操作步驟簡(jiǎn)介）、

有些條件為已知條件、有些條件則需要查找相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或參考資料。通過(guò)預(yù)習(xí)報(bào)告

的完成，將有利于正確理解及順利完成實(shí)驗(yàn)。

有條件的同學(xué)可以利用多媒體教學(xué)課件，分析以往的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、觀看實(shí)驗(yàn)過(guò)

程等。

完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，并獲得輔導(dǎo)教師的認(rèn)可，是進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)操作的先決條

件。

六'實(shí)驗(yàn)操作步驟簡(jiǎn)介

四跨連續(xù)平面剛架和兩層兩跨平面剛架在水平結(jié)點(diǎn)荷載作用下內(nèi)力特點(diǎn)相

似，可以任選其中一個(gè)驗(yàn)證其內(nèi)力分布規(guī)律，下面以四跨連續(xù)平面剛架為例來(lái)說(shuō)

明整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，兩層兩跨平面剛架的實(shí)驗(yàn)流程和四跨連續(xù)平面剛架的試驗(yàn)流程

類(lèi)似。

1.測(cè)量、收集原始參數(shù)，調(diào)整桿的安裝尺寸

（1）選擇實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度較高的桿件，收集到實(shí)驗(yàn)得到的原始參數(shù)

包括桿件的彈性模量E、外徑。及壁厚b,填入相應(yīng)的計(jì)算表格。當(dāng)采用可調(diào)桿

件時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整可調(diào)桿件兩固定孔的長(zhǎng)度至設(shè)計(jì)值。

（2）收集荷載傳感器、位移傳感器的靈敏度系數(shù)及電阻應(yīng)變片的阻值、靈

敏度系數(shù)、導(dǎo)線(xiàn)電阻等。

2.安裝實(shí)驗(yàn)裝置

首先將所需桿件準(zhǔn)備齊全，若用到了可調(diào)桿件時(shí)，要將桿件長(zhǎng)度調(diào)整至設(shè)計(jì)

值，并備緊端部的備緊螺絲，然后在地面或桌面上將結(jié)構(gòu)的上部桿件按照實(shí)驗(yàn)要

求組裝成型，調(diào)整各個(gè)支座至安裝位置，將組裝好的上部桿件結(jié)構(gòu)安裝在支座的

相應(yīng)位置，調(diào)整左側(cè)立柱上的加載裝置至合適位置，依次連接好測(cè)力傳感器、轉(zhuǎn)

接桿件，通過(guò)調(diào)整減速機(jī)傳動(dòng)桿的位置使得轉(zhuǎn)換桿件連接在加載點(diǎn)節(jié)點(diǎn)盤(pán)上。需

要注意的是，在安裝桿件時(shí)應(yīng)注意應(yīng)變片與框架平面的關(guān)系。

14

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

3.連接測(cè)試線(xiàn)路、設(shè)置測(cè)試參數(shù)及測(cè)試窗口參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)1.Io

4.加載測(cè)試

在桿件處于非受力狀態(tài)時(shí)平衡測(cè)點(diǎn)，啟動(dòng)采樣，分級(jí)加載，得到所需要的測(cè)

試數(shù)據(jù)。需要注意的是：3815N為靜態(tài)采集設(shè)備，停止采樣從新采樣時(shí)，并不覆

蓋原來(lái)的數(shù)據(jù)，而是連接在原來(lái)數(shù)據(jù)的后面，這樣就為一個(gè)實(shí)驗(yàn)多次采集數(shù)據(jù)提

供了方便。

在加載過(guò)程中，注意控制加載速度及最大荷載，應(yīng)保桿件的最大應(yīng)變不超過(guò)

6（）0〃￡。得到正確的三組數(shù)據(jù)后，方可停止加載。試件恢復(fù)到非受力狀態(tài)時(shí)，停

止采集數(shù)據(jù)。這樣就完成了實(shí)驗(yàn)的加載測(cè)試過(guò)程。

5.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（1）驗(yàn)證數(shù)據(jù)

設(shè)置一荷載-應(yīng)變X-Y關(guān)系曲線(xiàn)，以觀測(cè)數(shù)據(jù)的線(xiàn)性及重復(fù)性。數(shù)據(jù)應(yīng)該為

線(xiàn)性的且有較好的重復(fù)性。

（2）讀取數(shù)據(jù)

由于本實(shí)驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)較多，讀數(shù)時(shí)往往采用歷史曲線(xiàn)與數(shù)據(jù)表格聯(lián)合讀數(shù)的方

式，在歷史曲線(xiàn)中單擊右鍵，選擇“顯示拆分”、“數(shù)據(jù)同步”、“單光標(biāo)”，此時(shí)

移動(dòng)歷史曲線(xiàn)中的光標(biāo)，實(shí)施曲線(xiàn)及數(shù)據(jù)表格中的數(shù)據(jù)就會(huì)與歷史曲線(xiàn)的光標(biāo)數(shù)

據(jù)同步。讀數(shù)時(shí)，可以通過(guò)歷史曲線(xiàn)左側(cè)的讀數(shù)窗口、表格數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)的光

標(biāo)數(shù)據(jù)任一方式讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）分析數(shù)據(jù)

在測(cè)得所施加的荷載及桿件不同位置的應(yīng)變以后，結(jié)合以前實(shí)驗(yàn)得到的桿件

原始參數(shù)，便可以還原出結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布圖。對(duì)比分析實(shí)測(cè)內(nèi)力圖與理論內(nèi)力圖

可得到實(shí)驗(yàn)誤差，查找誤差來(lái)源。

七'實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1.如果在實(shí)驗(yàn)中用到了可調(diào)桿件，則在安裝桿件之前，首先要對(duì)可調(diào)桿件進(jìn)

行定長(zhǎng)，將桿件端部的備緊螺栓擰緊；

2.可調(diào)桿件在安裝過(guò)程中，注意應(yīng)變片與剛架平面的關(guān)系；

3.在加載過(guò)程中，不宜加載過(guò)快，利用祛碼加載時(shí)應(yīng)輕拿輕放，保證測(cè)試數(shù)

15

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

據(jù)的平穩(wěn)。

16

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

實(shí)驗(yàn)三超靜定組合結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形測(cè)量

一'實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求

1.了解超靜定組合結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)以及測(cè)量?jī)x器設(shè)備的基本原理和操作方

法。

2.學(xué)習(xí)超靜定組合結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的測(cè)量方法。

二'實(shí)驗(yàn)原理

1.超靜定組合結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形測(cè)量系統(tǒng)一般由傳感系統(tǒng)、放大系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采

集與處理三部分組成。

2.對(duì)于超靜定組合結(jié)構(gòu)采用力法求解：

[A]⑶+{△.}=0

三'實(shí)驗(yàn)對(duì)象、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖及實(shí)驗(yàn)儀器

1.實(shí)驗(yàn)對(duì)象：超靜定組合結(jié)構(gòu)。

2.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖：見(jiàn)圖3-1。

圖3-1超靜定組合結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形測(cè)量實(shí)驗(yàn)框圖

3.實(shí)驗(yàn)儀器：

（1）靜力加載架：用來(lái)給超靜定組合結(jié)構(gòu)加力。

（2）力傳感器：用來(lái)測(cè)定給超靜定組合結(jié)構(gòu)所加力的大小。

（3）應(yīng)變計(jì)：用來(lái)測(cè)定超靜定組合結(jié)構(gòu)內(nèi)力的大小。

（4）位移傳感器：用來(lái)測(cè)定超靜定組合結(jié)構(gòu)變形的大小。

（5）應(yīng)變儀：將傳感器輸出的較小的電荷信號(hào)放大成可供檢測(cè)的電壓信號(hào)。

17

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

（6）數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)：記錄和分析靜定組合結(jié)構(gòu)的各個(gè)參數(shù)的變化。

四'實(shí)驗(yàn)步驟

1.按圖所示連接實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，并仔細(xì)檢查確認(rèn)無(wú)誤。

2.依此打開(kāi)應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。預(yù)熱5分鐘。

3.給超靜定組合結(jié)構(gòu)加力，所加力依此為5KN、10KN,20KN,30KN,40KN,

50KNo

4.分別測(cè)量并記錄在不同外力條件下超靜定組合結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)內(nèi)力和位移。

5.將各儀器設(shè)備的輸出旋扭恢復(fù)到零，依此測(cè)試儀器，并關(guān)閉數(shù)據(jù)采集與分

析系統(tǒng)。整理好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

五'整理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

表3-1超靜定組合結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形測(cè)量

測(cè)量次數(shù)123

外力5KN10KN20KN

內(nèi)力

位移

測(cè)量次數(shù)456

外力30KN40KN50KN

內(nèi)力

位移

18

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

實(shí)驗(yàn)四節(jié)點(diǎn)性質(zhì)及支座性質(zhì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

一、概述

在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)、支座形式或加載位置的改變往往會(huì)對(duì)

結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布產(chǎn)生很大影響，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)正是基于結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布規(guī)律進(jìn)行

構(gòu)件截面選擇的，因此有必要對(duì)不同性質(zhì)的節(jié)點(diǎn)和支座對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響有

一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，明確不同性質(zhì)的節(jié)點(diǎn)和支座的概念。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.認(rèn)識(shí)不同性質(zhì)的節(jié)點(diǎn)，明確各節(jié)點(diǎn)的力學(xué)特性。

2.認(rèn)識(shí)不同性質(zhì)的支座，明確各支座的力學(xué)特性。

三'實(shí)驗(yàn)原理

F1

Bt

I-

-0.4343

1f

（C）門(mén)式剛架軸力

圖4-1門(mén)式剛架計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖

1.節(jié)點(diǎn)性質(zhì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

桁架、剛架、組合結(jié)構(gòu)的本質(zhì)區(qū)別在于結(jié)點(diǎn)性質(zhì)的不同，結(jié)點(diǎn)的類(lèi)型可分為

錢(qián)結(jié)點(diǎn)、剛結(jié)點(diǎn)以及組合節(jié)點(diǎn)三種，這就意味著在實(shí)驗(yàn)時(shí)只要結(jié)點(diǎn)的性質(zhì)可變，

就可以方便地得到桿件相同而結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)。圖4-1和4-2中的兩結(jié)

構(gòu)的區(qū)別在于節(jié)點(diǎn)性質(zhì)存在差異，4T中均為為剛結(jié)點(diǎn)，4-2中B、C為較節(jié)點(diǎn)，

正是由于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的差異導(dǎo)致兩結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布截然不同。利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器

19

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

可直接得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷睦碚搹澗貓D及軸力圖如圖4-1及4-2所示，對(duì)比內(nèi)

力圖，可以看出節(jié)點(diǎn)性質(zhì)的差異會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生重要的影響。

0.50

仇

（a）排架計(jì)算簡(jiǎn)圖（b）排架彎矩圖（c）排架軸力圖

圖4-2排架計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖

結(jié)構(gòu)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)最終結(jié)果是要將實(shí)測(cè)值與理論值相比較，兩者比較的項(xiàng)目為

軸力、彎矩及節(jié)點(diǎn)位移，利用幾何求解器可直接得到，但在實(shí)際測(cè)試時(shí)我們可以

測(cè)得節(jié)點(diǎn)位移及桿件上某一點(diǎn)的應(yīng)變，但無(wú)法直接得到桿件上軸力及彎矩，通過(guò)

在桿件同一截面對(duì)稱(chēng)粘貼電阻應(yīng)變片的方法，經(jīng)計(jì)算分析可測(cè)得該截面的軸力及

彎矩。在忽略剪力影響的情況下，實(shí)測(cè)應(yīng)變的平均值由軸力引起，應(yīng)變的差值由

彎矩引起。通過(guò)分析測(cè)點(diǎn)應(yīng)力，可以得到桿件內(nèi)力的分布，根據(jù)其內(nèi)力分布規(guī)律

可以的得到結(jié)構(gòu)在對(duì)應(yīng)荷載作用下的內(nèi)力圖，對(duì)比起內(nèi)力圖可看出節(jié)點(diǎn)性質(zhì)的差

異對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響。

測(cè)點(diǎn)布置：實(shí)驗(yàn)時(shí)在桿件的中間截面以及距離中間截面130mm處粘貼電阻應(yīng)

變片。通過(guò)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變的大小可反算得測(cè)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)內(nèi)力的大小，據(jù)此實(shí)驗(yàn)時(shí)可通過(guò)

觀測(cè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變的不同變化，對(duì)比節(jié)點(diǎn)性質(zhì)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響。

2.支座性質(zhì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

支座是結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的連接區(qū)，按其受力特征的不同可分為：滾軸支座、較支

座、定向支座以及固定支座，這幾種支座性質(zhì)均可在”-口4型多功能結(jié)構(gòu)力學(xué)

組合實(shí)驗(yàn)裝置上方便實(shí)現(xiàn)，且可靈活轉(zhuǎn)換。由于不同支座形式的受力特征存在差

異，所以支座形式的不同會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布產(chǎn)生顯著影響。這也就意味著在實(shí)

驗(yàn)時(shí)我們利用各支座形式可在k-DA型

多功能結(jié)構(gòu)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置可靈活轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，就可以方便地得到上部桿

件的組合性質(zhì)相同而支座性質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，從而?yàn)證在相同荷載作用下

其內(nèi)力分布的差異。在4-1中，我們涉及到了支座形式為固定支座的門(mén)式剛架,

20

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

而實(shí)際工程中也經(jīng)?？吹綀D4-3所示的較支座門(mén)式剛架。由其內(nèi)力圖可見(jiàn)由于支

座形式的不同使得豎桿的內(nèi)力分布形式產(chǎn)生了顯著變化，錢(qián)支座門(mén)式剛架柱的彎

矩呈三角形分布(如圖4-4(b)),某些工業(yè)廠房中的柱子采用上粗下細(xì)的變截

面柱正是基于上述原理，如圖4-4所示。

10.50

—

-1.001.00

(a)排架計(jì)算簡(jiǎn)圖(b)排架彎矩圖(c)排架軸力圖

圖4-3排架計(jì)算簡(jiǎn)圖及內(nèi)力圖

固定支座門(mén)式剛架(等截面柱)較支座門(mén)式剛架(變截面柱)

圖4-4門(mén)式剛架在工程中的實(shí)際應(yīng)用圖片

四、實(shí)驗(yàn)方案

1.實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)量工具

力-口4型多功能結(jié)構(gòu)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置、卷尺、150mm游標(biāo)卡尺。

力―口4型多功能結(jié)構(gòu)力學(xué)組合實(shí)驗(yàn)裝置由機(jī)架和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)兩部

分組成，加載部分由加載機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的傳感器組成，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的加載，并

將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)化為電參量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由應(yīng)變儀及相應(yīng)軟件組成，主要完成

21

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

數(shù)據(jù)的采集、分析等。

2.結(jié)構(gòu)模型的組裝、加載方案

圖4-5安裝好的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

安裝好的結(jié)構(gòu)模型如圖4-5所示，門(mén)式框架安裝在下橫梁的導(dǎo)軌上，加載裝

置安裝在左、右立柱上，當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)加載小車(chē)手柄時(shí)，蝸輪蝸桿向左運(yùn)動(dòng)，便

可以對(duì)結(jié)構(gòu)模型施加一個(gè)向左的水平荷載，而當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)加載小車(chē)手柄時(shí)，蝸

輪蝸桿向右運(yùn)動(dòng)，便可以對(duì)結(jié)構(gòu)模型施加一向右的水平荷載。

3.數(shù)據(jù)測(cè)試方案

結(jié)構(gòu)所受的荷載通過(guò)安裝在加載桿件端部的拉壓力傳感器測(cè)量，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力

通過(guò)粘貼在桿件上的應(yīng)變片測(cè)量，結(jié)構(gòu)的變形通過(guò)安裝在節(jié)點(diǎn)位置的拉線(xiàn)式位移

傳感器測(cè)量。

4.數(shù)據(jù)的分析處理

實(shí)驗(yàn)前利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮陬A(yù)設(shè)荷載下的內(nèi)力，并據(jù)此算出

粘貼應(yīng)變片位置處的應(yīng)力，得出其應(yīng)變值，以便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中校核實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確

22

結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

性。同時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄所施加的荷載及桿件應(yīng)變，

實(shí)驗(yàn)完成后利用數(shù)據(jù)分析軟件的相關(guān)功可以方便讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到力與應(yīng)變的

關(guān)系曲線(xiàn)，然后依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理就可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性，得出相應(yīng)結(jié)論。

五'完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告

在了解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作后，就應(yīng)該完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告包括：明確相關(guān)概念、預(yù)估桿件的最大荷載、明確操作步驟等，在

完成預(yù)習(xí)報(bào)告時(shí)，有些