钢结构桁架实验

简支钢桁架静载非破坏性实验

一、实验目的

1.掌握结构静载试验常用仪器、设备使用方法,并了解其主要性能指标。

2．通过对桁架节点位移、杆件内力的测量对桁架结构的工作性能及计算理论作出评判，深刻理解对称荷载、对称性等知识点。

3.了解结构静载试验的试验方案、方法设计。

4．掌握试验数据的整理、分析和表达方法。

二、实验设备和仪器

1.试件——钢桁架、跨度3m，杆件采用双∠40×4等边角钢，如下图1-1所示；

2.加载设备：千斤顶，压力传感器；

3.静态电阻应变仪；

4.位移计及支架；

图1-1 桁架几何尺寸图

三、实验重点

本实验的重点和难点主要有以下几方面的内容:

1、桁架的工作特性:在结点荷载作用下桁架各杆件呈二力杆特性，具体地说是上弦为压杆，在应变特性上表现为负应变(压应变) ，下弦杆为拉杆在应变特性上表现为正应变(拉应变) ，腹杆中有拉杆、压杆、零杆(要特别注意其前提:在结点荷载作用下，这点在误差分析中很重要)。

2、桁架计算理论:节点法和截面法。

3、时效作用对实验结果的影响:钢结构在某级荷载作用下其变形充分发展一般需要两个小时，但是由于时间关系学生在实验课上不可能按两小时加一次荷载，这也是产生误差的主要原因。

4、加载—卸载分析:对加载到某级荷载与卸载到同一级荷载的杆件应变和结点的挠度进行对比分析、总结，可以发现规律，分析原因。

5、实验数据的采集、分析、整理与表达:采集的方法，要点;实验数据的定性分析与定量分析相结合;实验数据的整理应优先采用表格表达方式;实验数据的表达一般采用图、表(记录表格、计算表格、结果表格) 、数学函数表达式。

四、实验方案

桁架实验一般多采用垂直加荷方式，桁架实验支座的构造可以采用梁实验的支承方法，支承中心线的位置尽可能准确，其偏差对桁架端结点的局部受力影响较大，故应严格控制。

图1钢结构桁架实验示意图

桁架的实验荷载不能与设计荷载相符合时，亦可采用等效荷载代换，但应验算，使主要受力构件或部位的内力接近设计情况，还应注意荷载改变后可能引起的局部影响，防止产生局部破坏。

观测项目一般有节点挠度和转角、杆件内力等。测量挠度，可采用位移计，测点一般布置于下弦结点。杆件内力测量，可用电阻应变片，其安装位置随杆件受力条件和测量要求而定。

五、实验步骤

具体实验步骤如下：

（1）考察实验场地及仪器设备，准备实验方案与实验方法；画记录表和记录图,进入实验室进行实验。

（2）检查试件和实验装置，架位移计，要求垂直对准；先按单点加载方案安装杠杆加载装置。（电阻应变片已预先贴好）。

（3）预加载实验（5KN荷载）。检查装置试件和仪表工作是否正常，发现问题及时排除。然后卸预载。

（4）作好记录准备,读仪表初值并记录初值。

（5）正式实验。加载制度：5级加载，每级5KN，满载后分级卸载，加卸载每级停歇时间5分钟，停歇的中间读数并记录。读数应尽可能保证同时性。

（6）正式实验可重复两次。实验共进行两个循环，排除所测读数的偶然性。

预载的目的为：消除节点和结合部位的间隙，使结构进入正常工作状态；检查全部实验装置的可靠性；检查全部观测仪表的工作是否正常；检查现场的组织工作和人员的工作情况。然后卸载，及时排除发现的问题。预载过程中要注意观察应变及挠度测试仪表的读数是否发生变化，变化情况是否正常。然后开始正式加载及测量，采用分级等量的荷载进行加荷，每加一级荷载之后稳载5分钟，然后读取应变及挠度数据，记录。

五、注意事项

桁架实验由于荷载点高，加荷载过程中要特别注意安全，以防损坏仪器设备和造成人身伤害。

本实验采用缩尺钢桁架作非破损检验，以达到熟悉的目的。杆件应变测量点设置在杆件的中间区段，为消除自重弯矩的影响，电阻应变片均安装在截面的重心线上。挠度测点均布置在桁架下弦结点上，同时支座处尚应装置位移计测量沉降值（及侧移值）。

附件

桁架各杆件实验内力分析

根据弹性理论（虎克定理）、杆件的实测截面面积F、弹性模量E和实测应变值列表计算杆件内力并与理论值进行比较，或进行应变的理论值与实测值进行比较。

根据单位荷载作用图进行应变的理论值计算（见下表）