简支钢桁架结构试验指导书.docx
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简支钢桁架结构试验指导书
简支钢桁架结构试验指导书
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简支钢桁架弹性形态
试验报告
(试验指导书)
学校:
专业:
班级:
姓名:
学号:
华南理工大学土木与交通学院土木系
二O—六年六月
简支钢桁架弹性形态
试验报告
1V刖吕
进行简支钢桁架非破坏性试验,是为了学习结构试验的计划及报告的指定方法,常用设备的操作技术,试验数据的采集过程,试验结果的整理,试验报告的撰写方法。
进而培养观察表面现象,探求内在联系,独立思考,独立工作的能力。
本实验要求学生在了解原始资料的基础上,独立制定试验计划,参加试验过程,采集整理试验数据,分析试验结果,完成试验报告,并参加从试验准备到正式试验的全部过程。
2、原始资料
该试验梁跨度2.85m,各杆件截面为2L50X5,节点板与填板均厚5mm,材料采用Q235B,结构简图如下图所示。
3、试验目的
1)了解钢结构节点的处理方式;
2)学习掌握土木工程试验中常用仪器仪表的使用方法,掌握通过电阻应变计及桥路的布置进行结构内力的测量;
3)通过桁架节点位移、杆件内力的测量对桁架的工作性能做出分析,验证理论计算和试验值的准确性;
4)分析加载点变化对桁架内力及变形的影响,并做出相应的评价;
5)通过节点板处内力分析,了解节点处的应力分布特征。
4、试验计划
4.1加载方案
对桁架梁进行三点压弯加载,在桁架跨中顶部施加荷载,荷载从0加至
50kN,每级荷载5kN,加载间隔3min。
4.2量测方案与测点布置
考虑桁架及加载的对称性,对半侧桁架杆件及节点板的应变、支座及跨中的位移进行测量,每完成一级加载后,持荷3min,然后采集各测点的数据。
具体测点布置及编号如下图所示。
其中,各杆件的应变测点选在杆件中部的形心线上,正反两面均布置,测量值取平均值,以减少误差;测量支座的挠度以排除支座的沉降对跨中挠度的影响。
5、试验结果及分析
钢桁架应力应变数据
荷载(kN)
0
5.03
9.93
15.1
19.9
25
30.1
34.8
39.7
44.9
49.8
编号
应变(
U)
1
0
-26
-52
-79
105
131
158
182
208
235
259
2
0
-24
-49
-74
-97
121
146
168
191
214
235
3
0
7
15
22
29
36
43
49
56
63
70
4
0
9
18
27
36
44
53
62
70
79
87
5
0
0
2
6
8
10
12
14
16
18
19
6
0
0
1
1
2
2
3
6
6
6
7
7
0
-29
-61
-92
122
154
185
215
246
277
307
8
0
-20
-49
-80
109
138
167
195
223
252
278
9
0
21
44
67
88
111
133
155
176
199
220
10
0
21
43
65
85
107
129
150
171
192
212
11
0
11
22
33
44
54
65
75
85
95
104
12
0
13
27
41
53
67
81
94
107
121
133
13
0
0
3
8
11
14
17
20
23
26
29
14
0
0
3
7
10
13
15
18
21
23
26
15
0
-26
-53
-80
-
-
-
-
-
-
-
106133160186212239264
16
0
-26
-54
-82
109
137
165
193
220
248
275
17
0
-23
-46
-91
114
137
159
181
205
226
18
0
-21
-43
-66
-86
108
130
150
171
193
213
19
0
35
73
111
144
181
220
256
295
335
370
20
0
37
76
116
153
192
232
269
307
346
382
21
0
0
■1
■3
■7
■9
-12
-14
-17
-19
-21
22
0
0
■3
-8
-11
-15
-19
-22
-26
-30
-33
23
0
1
7
9
11
14
16
17
19
21
22
24
0
18
38
58
77
96
116
135
154
174
193
25
0
-16
-34
-52
-70
-88
-
-
—
-
-
107
125
144
164
183
26
0
-12
-26
-42
-58
-75
-92
-
-
-
-
108
124
140
155
27
0
-25
-50
-77
102
127
153
176
199
224
247
28
0
-14
-26
-37
-48
-59
-69
-78
-87
-97
105
29
1
7
10
14
17
21
25
28
32
36
30
18
40
62
82
105
127
147
169
191
211
31
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
32
0
-17
-36
-54
-73
-90
-
-
-
-
-
109
127
145
164
180
33
0
1
3
8
9
11
14
15
16
17
18
5.3将实验得到的杆件内力、桁架整体变形与理论值进行比较,分
析差异并给出解释
钢桁架基本数据信息:
1、杆件截面积A=960.6mm2;
2、Q235弹性模量E=200000MPa;
3、抗拉刚度EA=N;
4、抗弯刚度EI=Nmnro
由结构力学求解器可得纯餃接、纯刚接的钢桁架轴力图。
图纯餃接轴力图(P=1000N)
图纯刚接轴力图(P=1000N)
实测数据与理论值的比较。
荷载杆件轴力系数(=杆件轴力/荷载)
(kN)
1/2
3/4
5/6
7/8
9/10
11/12
13/14
15/16
17/18
19/20
21/22
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
5.03
-0.95
0.31
0.00
-0.94
0.80
0.46
0.00
-0.99
-0.84
138
0.00
9.93
-0.98
0.32
0.03
-1.06
0.84
0.47
0.06
・1・04
-0.86
1.44
-0.04
15.10
-0.97
0.31
0.04
-1.09
0.84
0.47
0」0
-1.03
-0.85
1.44
-0.07
19.90
-0.98
0.31
0.05
-1.12
0.84
0.47
0.10
・1・04
-0.86
1.44
-0.09
25.00
-0.97
0.31
0.05
•1.12
0.84
0.46
0.10
-1.04
-0.85
1.43
-0.09
30.10
-0.97
0.31
0.05
-1.12
0.84
0.47
0」0
-1.04
-0.85
1.44
-0.10
34.80
-0.97
0.31
0.06
-1.13
0.84
0.47
0.10
-1.05
-0.85
1.45
-0.10
39.70
-0.96
0.30
0.05
-1.13
0.84
0.46
0」1
-1.04
-0.85
1.46
-0.10
44.90
-0.96
0.30
0.05
-1.13
0.84
0.46
0.10
-1.04
-0.85
1.46
-0.10
49.80
-0.95
0.30
0.05
-1.13
0.83
0.46
0」1
・1・04
-0.85
1.45
-0.10
平均值
-0.97
0.31
0.04
-1.10
0.83
0.47
0.09
-1.03
-0.85
1.44
-0.08
纯较接
4).65
0.43
0.00
-0.93
0.71
0.43
().0()
-0.93
-0.71
1.43
0.0()
偏差
+0.31
-0.12
+0.04
+0」7
+0」3
+0.04
+0.09
+0」1
+0.01
+0.08
偏差率
44831%
27.48%
-
+18.72%
+18J00%
利.48%
-
+11X3%
+20.44%
40.94%
-
纯刚接
4).65
0.42
0.00
-0.92
0.70
0.43
().0()
-0.93
-0.69
1.41
-0.01
偏差
+0.31
-0.12
+0.04
+0」8
+0」4
+0.04
+0.09
+0」1
+0.16
+0.02
+0.07
偏差率
447.94%
-2722
-
+1936%
+19和%
<76%
-
+1161%
+23.41%
+1.71%
-
对比分析:
1、偏心影响:
由测点9-10-30及测点13-14-29的应变值可以看出,其相互的相差程度很小,可以认为本次加载没有偏心。
2、轴力误差:
由上表格可以看出,钢桁架杆件轴力绝大多数的实测值比理
论值大。
其中,钢桁架的最外侧斜压杆受到压力比理论值大了约48%,而与其
相连的下弦杆则比理论值少了约27%,分析节点力可以发现,杆件的理论夹角
为49.6。
,而实际两轴力夹角为31.0。
,并且考虑到可能出现的弯矩微小影响,
可以认为,该误差的成因为实际杆件焊接的尺寸有i吴差。
3、零力杆:
理论分析中,钢桁架的竖杆为零力杆,若按钢架分析,竖杆的轴力亦近似为0,而实际数据反映.零力杆亦出现了轴力,其原因在于受到荷载之后,桁架出现变形,直接受荷的竖杆受到压力,其余竖杆受到拉力。
5・4分析节点板处的应力状态
节点板实测数据如下表所示。
荷载应步(MPa)
(kN)232425|262728
荷载(kN)
应力系数(二节点板应力/荷载)
23
24
25
26
27
28
5.03
0.04
0.72
-0.64
-0.48
-0.99
-0.56
9.93
0.14
0.77
-0.68
-0.52
-1.01
-0.52
15.1
0.12
0.77
-0.69
-0.56
-1.02
-0.49
19.87
0.11
0.78
-0.70
-0.58
-1.03
-0.48
25.03
0.11
0.77
-0.70
-0.60
-1.01
-0.47
30.06
0.11
0.77
-0.71
-0.61
-1.02
-0.46
34.83
0.10
0.78
-0.72
-0.62
-1.01
-0.45
39.73
0.10
0.78
-0.72
-0.62
-1.00
-0.44
44.89
0.09
0.78
-0.73
-0.62
-1.00
-0.43
49.79
0.09
0.78
-0.74
-0.62
-0.99
-0.42
平均值
0.10
0.77
-0.70
-0.58
-1.01
-0.47
45。
应变花主应变及其角度:
最大主应变:
=+£y)+[(务-£“)2+(£“-fy)2]]
最小主应变:
弘in=弍怎+勺)-J2[怎-£J+(尙_叨2]}
最大主应变与X轴的夹角:
荷载
(kN)
23-24-25节点板
26-27-28节点板
最大主应最小主应变变
夹角(°)
最大主应变
最小主应变
夹角
(°)
5.03
3.88-6.88
-35.78
-0.19
-5.01
-42.62
9.93
8.39
■13.79
-34.15
-0.40
-10.00
-45.00
15.10
12.73
■21.33
-34.51
-0.38
-15.42
-43.09
19.87
16.89
・28.69
・34.59
-0.75
-20.45
-42.09
25.03
21.09
-35.89
-34.51
-1.29
-25.51
-41.20
30.06
25.46
・43.66
-34.58
-1.42
-30.78
-40.49
34.83
29.58
■51.18
-34.71
-1.73
・35.47
-39.88
39.73
33.77
・58.77
-34.69
-2.04
-40.16
・39.40
44.89
38.17
■66.77
-34.68
217
■45.23
-39.24
49.79
42.32
・74.52
-34.73
-2.07
■49.93
-38.97
平均
值
・34.69
-41.20
6、参加本次试验后的收获体会及建议:
在这个实验中,主要操作过程是贴应变片,测量构件尺寸,加载静载,利用软件记录数据等过程,在实验过程中应变片的位置要尽可能准确。
这个实验很好地锻炼了我们的实验动手能力,但在实验的过程中应该注意一些问题及细节,例如是要确保桁架节点处间隙要被消除,尽可能保证操作准确无误,减少实验误差,在本次试验中可能存在的误差有:
1、钢材本身存有缺陷。
2、桁架结构不对称,放在钢架上加压时没有精确在桁架中心,应变片贴片位置不够精确且左右贴片位置不对称。
3、桁架在加载过程中产生了塑性变形,同时桁架结点处的间隙,在预加载后没有完全消除。
4、加压点没有在桁架的对称轴所在的直线上,加的压力没有精确到整数。
5、应变仪读数不稳定,产生一定误差。
6、应变片的电阻值不同,导线的电阻值不同,将其忽略而导致对试验结果的影响。
7、应变仪、加压设备有滞后性,导致显示读数与实际值有偏差,其他实验条件达不到理论的要求也影响了试验结果匚