簡支鋼桁架非破損試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、. 結(jié) 構(gòu) 力 學(xué) 試 驗(yàn)簡支鋼桁架非破損試驗(yàn)指導(dǎo)書土木與建筑學(xué)院結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中心簡支鋼桁架非破損試驗(yàn)指導(dǎo)書一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)常用儀器、設(shè)備使用方法,并了解其主要性能指標(biāo)。2通過對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)位移、桿件內(nèi)力的測量對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的工作性能及計(jì)算理論作出評(píng)判，深刻理解對(duì)稱荷載、對(duì)稱性等知識(shí)點(diǎn)。3.了解結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)的試驗(yàn)方案、方法設(shè)計(jì)。4掌握試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、分析和表達(dá)方法。5. 學(xué)會(huì)誤差分析，加載-卸載分析。6通過分工協(xié)作,培養(yǎng)團(tuán)結(jié)合作的團(tuán)隊(duì)精神。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器1試件鋼桁架、跨度3.6米，上下弦、腹桿均采用等邊角鋼240×3（F=2×175mm2），節(jié)點(diǎn)板厚=10 mm，

2、測點(diǎn)布置見下圖所示。鋼材Q345 。試件的材料性能：Ess= (200210)*109Pa；fsy=345MPa1-21電阻應(yīng)變片 I-V撓度計(jì)圖1-1 2加載系統(tǒng)利用杠桿原理的砝碼加載法，壓力傳感器,測力儀等。3XL 2118C型力/應(yīng)變綜合參數(shù)測試儀2臺(tái)(或YJ-28-P10R靜態(tài)電阻應(yīng)變儀2臺(tái))。4百分表、撓度計(jì)及支架。三、實(shí)驗(yàn)方案1加載裝置與加載方案桁架實(shí)驗(yàn)一般多采用垂直加載方式，加載位置務(wù)需準(zhǔn)確、垂直，以防止桁架平面外受力較大，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行和讀數(shù)的準(zhǔn)確性。另外，由于桁架外平面剛度較弱，安裝時(shí)必須采用專門措施，設(shè)置側(cè)向支撐，以保證桁架的側(cè)向穩(wěn)定。側(cè)向支撐點(diǎn)的位置應(yīng)根據(jù)安全要求確定。同時(shí)

3、側(cè)向支撐應(yīng)不妨礙桁架在其平面內(nèi)的位移。桁架實(shí)驗(yàn)時(shí)支座的構(gòu)造可以采用梁實(shí)驗(yàn)的支承方法，支承中心線的位置務(wù)需準(zhǔn)確，其偏差對(duì)桁架端節(jié)點(diǎn)的局部受力和支座沉降影響較大，對(duì)鋼筋混凝土桁架影響更大，故應(yīng)嚴(yán)格控制。三角形屋架受荷后，下弦伸長較多，滾動(dòng)支座的水平位移往往較大，因此支座墊板應(yīng)有足夠的尺寸。桁架實(shí)驗(yàn)加荷方法可采用實(shí)物加荷（如用屋面板等，多用于現(xiàn)場鑒定性實(shí)驗(yàn)），也可采用吊蘭加荷（多用于木桁架實(shí)驗(yàn)），也采用同步液壓千斤頂加荷，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)使桁架受力穩(wěn)定、對(duì)稱、防止出現(xiàn)平面外失穩(wěn)破壞，同時(shí)還要充分估計(jì)千斤頂?shù)挠行谐蹋乐挂蛐谐滩蛔愣绊憣?shí)驗(yàn)的進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)過程中加載者要采取有效措施防止千斤頂回油影響測量數(shù)據(jù)的

4、準(zhǔn)確性。桁架的實(shí)驗(yàn)荷載不能與設(shè)計(jì)荷載相符合時(shí)，亦可采用等效荷載代換，但應(yīng)驗(yàn)算，使主要受力構(gòu)件或部位的內(nèi)力接近設(shè)計(jì)情況，還應(yīng)注意荷載改變后可能引起的局部影響，防止產(chǎn)生局部破壞。本次桁架試驗(yàn)采用垂直加荷方式，桁架兩邊簡支，具體加載方案為利用杠桿原理的砝碼加載法，在L/2處單點(diǎn)加載和采用在分配梁梁下設(shè)置滾軸支座實(shí)行2點(diǎn)和3點(diǎn)加載方案。2測點(diǎn)布置觀測項(xiàng)目一般有強(qiáng)度、抗裂度、撓度和裂縫寬度、桿件內(nèi)力等，本實(shí)驗(yàn)主要測量撓度和應(yīng)變，可采用撓度計(jì)或水準(zhǔn)儀和應(yīng)變儀，測點(diǎn)一般布置于下弦節(jié)點(diǎn)。為測量或扣除支座沉陷，在桁架兩支座的中心線上應(yīng)安置垂直方向的位移計(jì)。另外還需在下弦兩端安裝兩個(gè)水平方向的位移計(jì)，以測量在荷載

5、作用下的固支和滾支的水平側(cè)移值。桿件內(nèi)力測量，可用電阻應(yīng)變片或接觸式位移計(jì)，其安裝位置隨桿件受力條件和測量要求而定，桿件應(yīng)變測量點(diǎn)均設(shè)置在每一桿件的中間區(qū)段，為消除自重彎矩的影響，電阻應(yīng)變片貼在截面的重心連線上。因桁架結(jié)構(gòu)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在對(duì)稱荷載作用下，對(duì)稱桿件的內(nèi)力（應(yīng)變）和對(duì)稱節(jié)點(diǎn)的撓度在理論上其值分別對(duì)稱相等，故上述測點(diǎn)布置利用對(duì)稱性進(jìn)行自檢提供了便利。本次測量項(xiàng)目有：桁架整體變形（撓度）；桿件內(nèi)力。采用百分表測量撓度，撓度測點(diǎn)均布置在桁架下弦節(jié)上，跨中3個(gè)表，支座各1個(gè)表，共5個(gè)百分表。跨中桁架各點(diǎn)撓度等于相應(yīng)百分表測量值消除支座沉降在該點(diǎn)產(chǎn)生的影響。采用電阻應(yīng)變儀測量桁架桿件應(yīng)變，應(yīng)變

6、片每桿布置2片（桿件應(yīng)變?nèi)∑骄担?2片，測點(diǎn)布置如圖11。應(yīng)用虎克定理求桿件應(yīng)力及內(nèi)力。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將每個(gè)百分表和每個(gè)應(yīng)變片編號(hào)并記錄其所在位置，以方便記錄、計(jì)算。3實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)為開放式：實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生應(yīng)仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，想好實(shí)驗(yàn)過程，在指導(dǎo)教師解答提問、講明注意事項(xiàng)之后，由學(xué)生自己提具體實(shí)施方案，經(jīng)指導(dǎo)教師同意后，分組自行操作實(shí)驗(yàn)。教師給出實(shí)驗(yàn)所需的儀器設(shè)備并實(shí)時(shí)指導(dǎo)。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）考察實(shí)驗(yàn)場地及儀器設(shè)備，聽實(shí)驗(yàn)介紹并寫出實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)方法；畫記錄表和記錄圖,進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 （2）檢查試件和實(shí)驗(yàn)裝置，架百分表，要求垂直對(duì)準(zhǔn)；先按單點(diǎn)加載方案安裝杠桿加載裝置。（電阻應(yīng)變片已

7、預(yù)先貼好，線已接好）。（3）預(yù)加載實(shí)驗(yàn)（1KN荷載）。檢查裝置試件和儀表工作是否正常，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)排除。然后卸預(yù)載。（4）作好記錄準(zhǔn)備,讀儀表初值并記錄初值。（5）正式實(shí)驗(yàn)。加載制度：5級(jí)加載，每級(jí)0. 5KN ，滿載后分5級(jí)卸載，加卸載每級(jí)停歇時(shí)間5分鐘，停歇的中間讀數(shù)并記錄。讀數(shù)應(yīng)盡可能保證同時(shí)性。（6）正式實(shí)驗(yàn)可重復(fù)兩次。(7) 實(shí)驗(yàn)后每人寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。四、注意事項(xiàng) （1）桁架實(shí)驗(yàn)由于利用杠桿原理的砝碼加載法，要求學(xué)生掌握杠桿原理砝碼加載法及其荷載計(jì)算。（2）為保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，試驗(yàn)時(shí)嚴(yán)禁碰撞桁、支架及保護(hù)裝置。（3）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將每個(gè)百分表和撓度計(jì)以及應(yīng)變片編號(hào)并畫出簡圖，以便記錄正確。

8、（4）記錄變形的學(xué)生要掌握百分表正確的讀數(shù)方法。（5）加載前對(duì)各儀器要進(jìn)行檢查并讀取初始值。（6）加載者要相互配合,采取措施，避免碰撞桁架及其它相關(guān)設(shè)備，加載要慢、輕，以免影響讀數(shù)。（7）學(xué)生要按預(yù)約時(shí)間提前趕到桁架實(shí)驗(yàn)室。（8）學(xué)生在桁架實(shí)驗(yàn)室內(nèi)要保持衛(wèi)生，不準(zhǔn)亂丟東西，不準(zhǔn)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)吃任何東西。 通過對(duì)兩種加載方案的理論計(jì)算后，應(yīng)對(duì)彎矩（應(yīng)力）、變形（豎向與水平方向）進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)規(guī)律，進(jìn)而推廣到桁架結(jié)構(gòu)在集中荷載與均布荷載作用下的力學(xué)性能分析，并進(jìn)一步對(duì)桁架結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用提出自己的見解。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括如下項(xiàng)目：（一）試驗(yàn)名稱、教學(xué)班級(jí)、姓名、學(xué)號(hào)、任課教師姓名、指導(dǎo)

9、教師姓名（二）試驗(yàn)?zāi)康模ㄈ┰囼?yàn)原理（四）試驗(yàn)方案簡述加載方案、加載方法、加載裝置、測點(diǎn)布置、加載制度、實(shí)驗(yàn)過程等。1、加載方案以單點(diǎn)加載方案為例：兩點(diǎn)加載方案，三點(diǎn)加載方案自己畫2、加載方法、加載裝置：利用杠桿原理的砝碼加載法 （五）試驗(yàn)儀器、設(shè)備（六）實(shí)驗(yàn)過程（七）試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、分析、表達(dá)1內(nèi)力分析（1）桁架各桿件理論內(nèi)力分析。下面以桁架跨中單點(diǎn)加載為例進(jìn)行講述,其它加載方式自己計(jì)算。圖1-2（2）桁架各桿件實(shí)驗(yàn)內(nèi)力分析。根據(jù)彈性理論（虎克定理）、桿件的實(shí)測截面面積F、彈性模量E和實(shí)測應(yīng)變值列表計(jì)算桿件內(nèi)力并與理論值進(jìn)行比較，或進(jìn)行應(yīng)變的理論值與實(shí)測值進(jìn)行比較。（3）內(nèi)力結(jié)果比較分實(shí)測值與

10、理論值畫兩根線（一根虛線，一根實(shí)線），分析差異原因。P圖13 P曲線2撓度分析（1）計(jì)算理論值依據(jù)實(shí)測桿件截面積F和彈性模量E計(jì)算各點(diǎn)撓度值。（2）分析各點(diǎn)實(shí)測撓度值跨中桁架各點(diǎn)撓度等于相應(yīng)百分表讀數(shù)減去支座沉降在該點(diǎn)產(chǎn)生的影響,具體方法采用梯形圖處理法。（3）繪制各點(diǎn)荷載荷載-變形曲線（Pf曲線）（理論、實(shí)測曲線）和桁架整體變形曲線（Lf曲線）（理論、實(shí)測曲線，一根虛線，一根實(shí)線） P L f f圖14 Pf曲線 圖15 桁架變形曲線（4）撓度結(jié)果比較統(tǒng)計(jì)計(jì)算撓度比值（=實(shí)測值/理論值），分析差異原因。3進(jìn)行加載卸載的應(yīng)變及撓度對(duì)比分析，從變形發(fā)展方面考慮，找出各自的規(guī)律。（八）誤差分析、加

11、載-卸載分析（九）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算的比較，討論理論計(jì)算的準(zhǔn)確性。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析、對(duì)桁架的工作特性和計(jì)算理論作出結(jié)論。（十）實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)附件試驗(yàn)時(shí)每人帶一份記錄表格（該頁）進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室1實(shí)驗(yàn)記錄參考圖表（1）應(yīng)變記錄參考表見表11（單位：）編號(hào)桿件加載（KN）卸載（KN）00.511.522.521.51.00.5012345678910（2）撓度記錄參考表見表12 （mm）P(kN)初值加載（KN）卸載（KN）表號(hào)00.511.522.52.01.51.00.50（十一）有關(guān)圖表供參考 圖16 圖17表1-3某級(jí)荷載作用下桿件內(nèi)力計(jì)算表（）123456789101112131415161718192021E（）iAi（）Ni=EAii表1-4某級(jí)荷載作用下某節(jié)點(diǎn)撓度理論值計(jì)算表Ni（）Npi（）Li（）Ai（）上懸桿148121620腹桿2591113