1、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二一六 年 六 月1简支钢桁架弹性形态试验报告1、前言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 2L505，节点板与
2、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24.1 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，
3、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( )1 0 -26 -52 -79 -105 -131 -158 -182 -208 -235 -2592 0 -24 -49 -74 -97 -121 -14
4、6 -168 -191 -214 -2353 0 7 15 22 29 36 43 49 56 63 704 0 9 18 27 36 44 53 62 70 79 875 0 0 2 6 8 10 12 14 16 18 196 0 0 1 1 2 2 3 6 6 6 77 0 -29 -61 -92 -122 -154 -185 -215 -246 -277 -3078 0 -20 -49 -80 -109 -138 -167 -195 -223 -252 -2789 0 21 44 67 88 111 133 155 176 199 22010 0 21 43 65 85 107 129
5、 150 171 192 21211 0 11 22 33 44 54 65 75 85 95 10412 0 13 27 41 53 67 81 94 107 121 13313 0 0 3 8 11 14 17 20 23 26 2914 0 0 3 7 10 13 15 18 21 23 2615 0 -26 -53 -80 -106 -133 -160 -186 -212 -239 -264316 0 -26 -54 -82 -109 -137 -165 -193 -220 -248 -27517 0 -23 -46 -68 -91 -114 -137 -159 -181 -205 -
6、22618 0 -21 -43 -66 -86 -108 -130 -150 -171 -193 -21319 0 35 73 111 144 181 220 256 295 335 37020 0 37 76 116 153 192 232 269 307 346 38221 0 0 -1 -3 -7 -9 -12 -14 -17 -19 -2122 0 0 -3 -8 -11 -15 -19 -22 -26 -30 -3323 0 1 7 9 11 14 16 17 19 21 2224 0 18 38 58 77 96 116 135 154 174 19325 0 -16 -34 -5
7、2 -70 -88 -107 -125 -144 -164 -18326 0 -12 -26 -42 -58 -75 -92 -108 -124 -140 -15527 0 -25 -50 -77 -102 -127 -153 -176 -199 -224 -24728 0 -14 -26 -37 -48 -59 -69 -78 -87 -97 -10529 1 7 10 14 17 21 25 28 32 3630 18 40 62 82 105 127 147 169 191 21131 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 032 0 -17 -36 -54 -73 -90 -109
8、-127 -145 -164 -18033 0 1 3 8 9 11 14 15 16 17 185.3 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= 192120000N；4、抗弯刚度 EI= 22420000000Nmm2。由结构力学求解器可得纯铰接、纯刚接的钢桁架轴力图。图 纯铰接轴力图（P=1000N ）图 纯刚接轴力图（P=1000N ）4实测数据与理论值的比较。杆件轴力系数 (=杆件轴力/荷载)荷载(kN) 1/2 3/4 5/6
9、7/8 9/10 11/12 13/14 15/16 17/18 19/20 21/220.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.005.03 -0.95 0.31 0.00 -0.94 0.80 0.46 0.00 -0.99 -0.84 1.38 0.009.93 -0.98 0.32 0.03 -1.06 0.84 0.47 0.06 -1.04 -0.86 1.44 -0.0415.10 -0.97 0.31 0.04 -1.09 0.84 0.47 0.10 -1.03 -0.85 1.44 -0.0719.90
10、 -0.98 0.31 0.05 -1.12 0.84 0.47 0.10 -1.04 -0.86 1.44 -0.0925.00 -0.97 0.31 0.05 -1.12 0.84 0.46 0.10 -1.04 -0.85 1.43 -0.0930.10 -0.97 0.31 0.05 -1.12 0.84 0.47 0.10 -1.04 -0.85 1.44 -0.1034.80 -0.97 0.31 0.06 -1.13 0.84 0.47 0.10 -1.05 -0.85 1.45 -0.1039.70 -0.96 0.30 0.05 -1.13 0.84 0.46 0.11 -1
11、.04 -0.85 1.46 -0.1044.90 -0.96 0.30 0.05 -1.13 0.84 0.46 0.10 -1.04 -0.85 1.46 -0.1049.80 -0.95 0.30 0.05 -1.13 0.83 0.46 0.11 -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纯铰接 -0.65 0.43 0.00 -0.93 0.71 0.43 0.00 -0.93 -0.71 1.43 0.00偏差 +0.31 -0.12 +0.04 +0.1
12、7 +0.13 +0.04 +0.09 +0.11 +0.14 +0.01 +0.08偏 差 率 +48.31%-27.48%- +18.72% +18.00% +9.48% - +11.83% +20.44% +0.94% -纯刚接 -0.65 0.42 0.00 -0.92 0.70 0.43 0.00 -0.93 -0.69 1.41 -0.01偏差 +0.31 -0.12 +0.04 +0.18 +0.14 +0.04 +0.09 +0.11 +0.16 +0.02 +0.07偏 差 率 +47.94% -27.22 - +19.36% +19.80% +8.76% - +11.61%
13、 +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误差。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
14、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。应力(MPa)荷载(kN)23 24 25 26 27 2855.03 0.20 3.60 -3.20 -2.40 -5.00 -2.809.93 1.40 7.60 -6.80 -5.20 -10.00 -5.2015.1 1.80 11.60 -10.40 -8.40 -15.40 -7.4019.87 2.20 15.40 -14.00 -11.60 -20.40 -9.6025.03 2.80 19.20 -17.60
15、-15.00 -25.40 -11.8030.06 3.20 23.20 -21.40 -18.40 -30.60 -13.8034.83 3.40 27.00 -25.00 -21.60 -35.20 -15.6039.73 3.80 30.80 -28.80 -24.80 -39.80 -17.4044.89 4.20 34.80 -32.80 -28.00 -44.80 -19.4049.79 4.40 38.60 -36.60 -31.00 -49.40 -21.00应力系数 (=节点板应力/ 荷载)荷载(kN)23 24 25 26 27 285.03 0.04 0.72 -0.64
16、 -0.48 -0.99 -0.569.93 0.14 0.77 -0.68 -0.52 -1.01 -0.5215.1 0.12 0.77 -0.69 -0.56 -1.02 -0.4919.87 0.11 0.78 -0.70 -0.58 -1.03 -0.4825.03 0.11 0.77 -0.70 -0.60 -1.01 -0.4730.06 0.11 0.77 -0.71 -0.61 -1.02 -0.4634.83 0.10 0.78 -0.72 -0.62 -1.01 -0.4539.73 0.10 0.78 -0.72 -0.62 -1.00 -0.4444.89 0.09
17、0.78 -0.73 -0.62 -1.00 -0.4349.79 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 -0.4745应变花主应变及其角度：最大主应变：=12(+)+2()2+()2最小主应变：=12(+) 2()2+()2最大主应变与 x 轴的夹角：=12(2 )23-24-25 节点板 26-27-28 节点板荷载(kN) 最大主应变 最小主应变 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 -42.6269.93 8.39 -13
18、.79 -34.15 -0.40 -10.00 -45.0015.10 12.73 -21.33 -34.51 -0.38 -15.42 -43.0919.87 16.89 -28.69 -34.59 -0.75 -20.45 -42.0925.03 21.09 -35.89 -34.51 -1.29 -25.51 -41.2030.06 25.46 -43.66 -34.58 -1.42 -30.78 -40.4934.83 29.58 -51.18 -34.71 -1.73 -35.47 -39.8839.73 33.77 -58.77 -34.69 -2.04 -40.16 -39.40
19、44.89 38.17 -66.77 -34.68 -2.17 -45.23 -39.2449.79 42.32 -74.52 -34.73 -2.07 -49.93 -38.97平均值 -34.69 -41.206、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。
