趙旻旻，寇素霞

摘要：文章通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)支桁架結(jié)點(diǎn)位移、支座沉降、桿件內(nèi)力的測(cè)量及對(duì)測(cè)量結(jié)果處理分析，探究了桁架結(jié)構(gòu)靜力特性，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)桁架理論計(jì)算的準(zhǔn)確性，分析偏差的影響因素，確定對(duì)桁架靜力作用下可避免的生產(chǎn)工作安裝隱患并提出了建議。

關(guān)鍵詞：簡(jiǎn)支桁架；測(cè)量分析；理論計(jì)算；偏差分析

在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中，桁架的教學(xué)占有較大的比重，這種結(jié)構(gòu)形式將結(jié)構(gòu)的整體受力轉(zhuǎn)換為各桿件的軸力，內(nèi)力分布比較均勻，能較充分地發(fā)揮材料的強(qiáng)度，在實(shí)際工程中的應(yīng)用較廣。然而在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)桁架這部分內(nèi)容掌握得不太好，對(duì)桁架這種結(jié)構(gòu)形式理解不到位。為促進(jìn)學(xué)生對(duì)桁架的理解，課題組設(shè)計(jì)加工了實(shí)際的鋼桁架進(jìn)行試驗(yàn)，作為結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程試驗(yàn)之一。鋼桁架試驗(yàn)要求學(xué)生先進(jìn)行理論計(jì)算，然后通過(guò)試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來(lái)驗(yàn)證理論計(jì)算的正確性及其與實(shí)際情況的誤差，旨在加強(qiáng)學(xué)生的理論分析能力、試驗(yàn)?zāi)芰?、?shí)踐動(dòng)手能力以及實(shí)踐與理論相結(jié)合的能力。

1試件設(shè)計(jì)制作

試件采用兩榀鋼桁架，桁架跨度為2.4m，高為0.4m，桿件由角鋼（2∟50×5，A=2×4.8×10^-4㎡）組成，兩榀桁架結(jié)點(diǎn)處采用10mm厚鋼板焊接連接，有效的模擬鉸接，具體尺寸如圖1所示。

2理論計(jì)算

桁架結(jié)構(gòu)桿件之間相互鉸接，各桿件主要承受軸向拉、壓力，其中上下弦作為主要截面承受拉壓力，產(chǎn)生較大的內(nèi)力臂提高抗彎能力，腹桿作為承力、傳力桿件，將剪力傳給支座產(chǎn)生豎向位移。

2.1結(jié)點(diǎn)法計(jì)算桿件內(nèi)力

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法，對(duì)圖1所示桁架應(yīng)用結(jié)點(diǎn)法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，結(jié)果如圖2所示。實(shí)際加載時(shí)最大荷載為，此時(shí)各桿軸力的理論計(jì)算值如表1所示。

2.2圖乘法計(jì)算桁架撓度

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法，當(dāng)F=100KN時(shí)，應(yīng)用以下公式對(duì)桁架結(jié)點(diǎn)撓度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

3靜載試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)內(nèi)容

測(cè)試結(jié)構(gòu)荷載——撓度關(guān)系曲線，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)力學(xué)理論正確性；

試結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)力，分析內(nèi)力大小與理論計(jì)算的偏差因素，確定隱患；

通過(guò)試驗(yàn)總結(jié)生產(chǎn)工作安裝所須注意問(wèn)題，總結(jié)此次試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

3.2試驗(yàn)方案

①桁架采用簡(jiǎn)支支撐，為防平面外失穩(wěn)問(wèn)題。桁架采用倒置式，自平衡模式，不需添加側(cè)向支撐；

②垂直加載，使用手動(dòng)千斤頂人為控制加載制度。根據(jù)指導(dǎo)教師建議采用預(yù)加載，正式加載步驟，預(yù)加載檢驗(yàn)支座平穩(wěn)，儀器儀表工作性能及平衡調(diào)零；正式加載分為十級(jí)，最大加載至F=100KN，如圖3所示。反力架、力學(xué)傳感器、分配梁將力作用于桁架結(jié)點(diǎn)；做簡(jiǎn)支支撐，支座支墩支承起偏差對(duì)桁架端結(jié)點(diǎn)局部受力影響大，要嚴(yán)格控制支撐中心點(diǎn)位置。

③桿件中部對(duì)稱粘貼應(yīng)變片，選用黃巖B2*3mm應(yīng)變片，連接?xùn)|華3818應(yīng)變采集儀測(cè)試應(yīng)力；采用哈爾濱量具廠生產(chǎn)百分表測(cè)量支座及結(jié)點(diǎn)位移，使用前，所有儀表進(jìn)行標(biāo)定。

④根據(jù)理論計(jì)算，確定試驗(yàn)終止條件：荷載超過(guò)100kN或跨中撓度大于4mm。

3.3試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)試驗(yàn)，桁架位移應(yīng)變?nèi)绫?所示。

表3 桁架位移和應(yīng)變?cè)囼?yàn)值（單位：mm）

4.結(jié)果分析

（1） 結(jié)點(diǎn)實(shí)測(cè)值與理論值荷載撓度曲線，如圖4所示。

（2）滿載情況下下弦結(jié)點(diǎn)撓度實(shí)測(cè)值與理論值的差異，如表4所示。

（4）試驗(yàn)結(jié)果分析

其一，分級(jí)加載下，撓度比例呈現(xiàn)與理論計(jì)算相一致的結(jié)果，但各對(duì)應(yīng)數(shù)值整體偏大，可能由于制作原因使得桁架剛度不足導(dǎo)致；

其二，兩榀桁架對(duì)應(yīng)位置應(yīng)變并不一致，可能由于支座未知偏移，加載點(diǎn)不完全對(duì)中導(dǎo)致，嚴(yán)格控制加載點(diǎn)可有利于工程中出現(xiàn)偏壓破壞現(xiàn)象；

其三，上下弦桿應(yīng)力偏大，腹桿應(yīng)力偏小，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)變片粘貼的不完全與軸線重合會(huì)導(dǎo)致該現(xiàn)象產(chǎn)生，必須嚴(yán)格對(duì)應(yīng)才能真實(shí)反映軸向拉壓作用產(chǎn)生的應(yīng)變。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)桁架靜載非破壞試驗(yàn)，驗(yàn)證了理論計(jì)算數(shù)據(jù)的特殊性與代表性，認(rèn)識(shí)到實(shí)際工作狀態(tài)下各外界因素對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的不利影響，試驗(yàn)進(jìn)行流程仍需完善。通過(guò)此試驗(yàn)，可使學(xué)生進(jìn)一步、直觀地理解桁架的受力特性，并可提高學(xué)生的動(dòng)手能力，加強(qiáng)學(xué)生理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐驗(yàn)證理論、理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。

編輯∕林懿冉