结构力学实验

结构力学

桁架结构受力性能实验报告

学号：*******

姓名：周*

专业：土木工程

实验时间：2016年05月04日周三，中午12:30-13:30

实验指导教师：陈涛

理论课任课教师：陈涛

一、实验目的

（1）参加并完成规定的实验项目内容，理解和掌握结构的实验方法和实验结果，通过 实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。

（2）进行静定、超静定结构受力的测定和影响线的绘制。 二、结构实验

（一）空间桁架受力性能概述

桁架在受结点荷载时，两边支座处产生反力，桁架中各杆件产生轴力，如图1.1为在抛物线桁架结点分别加载时结构示意图。用Q235钢材，桁架跨度6⨯260=1560mm ，最大高度260mm 。杆件之间为铰接相连。杆件直径为8mm 。

图1.1 （二）实验装置

图1.2为框架结构侧向受力实验采用的加载装置，25kg 挂钩和25kg 砝码。采用单结点集中力加载，由砝码、挂钩施加拉力，应变片测算待测杆件应变。结构尺寸如图1.2所示。

图1.2

（三）加载方式

简单多次加载，将挂钩和砝码依次施加在各个结点，待应变片返回数据稳定后，进行采集。采集结束后卸下重物，等待应变片数值降回初始值后再向下一节点施加荷载，重复采集操作。

（四）量测内容

需要量测桁架待测杆件的应变值在前后四对桁架杆布置单向应变片，具体布置位置如图 1.2 所示，即加粗杆件上黏贴应变片。 三、实验原理

对桁架上的5个位置分别施加相同荷载，记录不同条件下各杆件的应变值。 由公式

2

4

F A E d A σσεπ⎧

⎪=⎪

=⎨⎪⎪=⎩

可以得到

24

d E F πε

=

其中：

F ——杆件轴力

E ——Q235钢弹性模量 d ——杆件直径 ε ——杆件应变值 σ ——杆件应力 A ——杆件横截面积

因而可以求得各杆件轴力，进而得到不同杆件的轴力影响线。 四、实验步骤

（1）将载荷挂在加载位置1，待应变片返回数据稳定后，采集相应应变数据。

（2）待应变片数值降回初始值后，重复（1）中操作，将荷载分别挂在加载位置2,3,4,5，分别采集记录各自对应的各杆件应变数据。 五、实验结果与整理

表2.1 实验原始数据

将对应位置杆件应变值取平均值，得到所示一榀桁架四根杆件的应变值如表2.2所示。

利用公式

24

d E F πε

=

其中，8d mm = ，Q235钢弹性模量5210E MPa =⨯

经过计算可以得到不同加载位置下桁架不同杆件的轴力值，如表2.3所示。

杆件编号1-1 1-2 1-3 1-4

轴力（N）加载位置1 392 -96 151 -246 加载位置2 382 -241 80 -553 加载位置3 121 60 45 -794 加载位置4 171 96 80 -513 加载位置5 55 70 96 -297

根据表2.3数据可以作出四根不同杆件轴力影响线图的大致形状，如图1.3所示。

图1.3

由截面法求得杆件理论值如表2.4

杆件编号1-1 1-2 1-3 1-4

轴力（N）加载位置1 187 -94 72 -130 加载位置2 375 -187 143 -260 加载位置3 281 94 215 -390 加载位置4 187 63 143 -260 加载位置5 94 31 72 -130

由表2.4作图1.4，如图所示

图1.4

六、实验分析讨论

比较实验所得轴力影响线与理论计算所得轴力影响线可知，二者所得影响线大致形状一致，但个别杆件轴力值相差较大，特别是1-4位置杆件轴力，实验值接近于理论计算值的2倍，存在较大程度偏差。

1、出现理论值与实验值相差较大情况可能由以下原因造成：

（1）桁架加载方式为将荷载悬挂于两榀桁架的中间连接横杆上，很难做到加载位置在横杆中点，因而存在两榀桁架受力情况不一致的情况，使两侧对应杆件应变值存在较大差异而影响最终结果。

（2）桁架节点处并不是理想的铰接，因而与按铰接计算所得理论值必然存在一定误差。

（3）实验中杆件会发生变形相应角度等会发生改变，而理论计算忽略了杆件变形

2、实验改进方案

（1）由于重物直接用弯头挂在腹杆上，桁架受力位置较难固定，可以在腹杆正中的位置固定钩环，再把重物挂上去。

（2）该实验室的空间太过拥挤，学生人数较多，很难近距离观察，而且一帮人拥堵在一块效果很不好，希望能扩大空间，让每个学生都能很好地看到实验的进行。