簡支鋼桁架靜載非破壞性試驗

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一個試驗報告

簡支鋼桁架靜載非破壞性試驗

一個試驗報告

目錄

一、試驗對象簡介與應用2

二、試驗介紹3

三、試驗重點4

四、試驗對比5

五、試驗方案、步驟6

六、試驗數(shù)據(jù)處理11

七、試驗報告與誤差分析13

八、

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一、試驗對象簡介與應用

桁架（truss），由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結構。在荷載作用下，桁架桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強度，在跨度較大時可比實腹梁節(jié)省材料，減輕自重和增大剛度，故適用于較大跨度的承重結構和高聳結構，如屋架、橋梁、輸電線路塔、衛(wèi)星發(fā)射塔、水工閘門、起重機架等。常用的有鋼桁架、鋼筋混凝土桁架、預應力混凝土桁架、木桁架、鋼與木組合桁架、鋼與混凝土組合桁架。桁架按外形分有三角形桁架、梯形桁架、多邊形桁架、平行弦桁架，及空腹桁架。在選擇桁架形式時，應綜合考慮桁架的用途、材料、支承方式和施工條件，在滿足使用要求的前提下，力求制造和安裝所用的材料和勞動量為最小。而根據(jù)其幾何樣式的不同可分為三角形桁架（在沿跨度均勻分布的節(jié)點荷載下，上下弦桿的軸力在端點處最大，向跨中逐漸減少；腹桿的軸力則相反。三角形桁架由于弦桿內力區(qū)別較大，材料消耗不夠合理，多用于瓦屋面的屋架中。)、梯形桁架(和三角形桁架相比，桿件受力狀況有所改善，而且用于屋架中可以更簡單滿足某些工業(yè)廠房的工藝要求。假使梯形桁架的上、下弦平行就是平行弦桁架，桿件受力狀況較梯形略差，但腹桿類型大為減少，多用于橋梁和棧橋中。)、多邊形桁架(也稱折線形桁架。上弦節(jié)點位于二次拋物線上，如上弦呈拱形可減少節(jié)間荷載產生的彎矩，但制造較為繁雜。在均布荷載作用下，桁架外形和簡支梁的彎矩圖形相像，因而上下弦軸力分布均勻，腹桿軸力較小，用料最省，是工程中常用的一種桁架形式。)、空腹桁架(基本取用多邊形桁架的外形，上弦節(jié)點之間為直線，無斜腹桿，僅以豎腹桿和上下弦相連接。桿件的軸力分布和多邊形桁架相像，但在

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不對稱荷載作用下桿端彎矩值變化較大。優(yōu)點是在節(jié)點相交會的桿件較少，施工制造便利。)等。

二、試驗介紹

1、試驗結構

用等邊角鋼焊接而成的鋼桁架如計算簡圖所示.試件———鋼桁架、跨度6m，上下弦采用等邊角鋼2∠706(F=2816mm2)，腹桿采用等邊角鋼2∠565(F=2514mm2)，節(jié)點板厚δ=4mm，測點布置見下圖所示.鋼材Q345.1—電阻應變片2—撓度計

2、試驗項目

各桿件的應變和鋼桁架下弦結點的撓度。3、試驗目的

(1)了解所用儀器的原理，學會所用儀器設備的安裝、操作與讀數(shù)、(2)通過對鋼桁架各桿件的應變和鋼桁架下弦結點的撓度的量測，來檢驗桁架的工作特性和驗證桁架、(3)通過試驗，學會試驗數(shù)據(jù)的采集、(4)把握結構試驗中靜力試驗的基本過程和方法；進一步學習、把握應變和撓度測量儀器的性能、安裝和使用方法；了解桁架結構的加載方法、原理和特點。通過對構件內力、撓度、桿件附加彎矩的測定，運用相關專業(yè)知識，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對桁架結構的工作性能作出評定，把握靜力試驗的數(shù)據(jù)處理分析和結構性能評定技能，解決工程實

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際問題。分析、整理與表達。

4、試驗步驟

準備工作------分級加載(1級)--------分級卸載(1級)5、試驗特點

應變測試點多(有6點)，結構具有對稱性。6、桁架內力計算假定:

(1)結點為鉸結點.(2)桿件軸線為直線且通過鉸中心.(3)荷載及支座反力作用在結點上。

三、試驗重點

本試驗的重點和難點主要有以下幾方面的內容:

1、桁架的工作特性:在結點荷載作用下桁架各桿件呈二力桿特性，具體地說是上弦為壓桿，在應變特性上表現(xiàn)為負應變(壓應變)，下弦桿為拉桿在應變特性上表現(xiàn)為正應變(拉應變)，腹桿中有拉桿、壓桿、零桿(要特別注意其前提:在結點荷載作用下，這點在誤差分析中很重要)。

2、桁架計算理論:節(jié)點法和截面法.本試驗報告中涉及到幾個單位荷載作用圖，而幾個單位荷載作用圖的正確與否直接關系到本試驗報告的質量。

3、結點撓度實測值的處理:應考慮支座沉降值對結點撓度測量值的影響，采用梯形圖處理方法。

4、時效作用對試驗結果的影響:鋼結構在某級荷載作用下其變形充分發(fā)展一般需要兩個小時，但是由于時間關系學生在試驗課上不可能按兩小時加一次

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荷載，這也是產生誤差的主要原因。

5、加載—卸載分析:對加載到某級荷載與卸載到同一級荷載的桿件應變和結點的撓度進行對比分析、總結，可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律，分析原因。

6、試驗數(shù)據(jù)的采集、分析、整理與表達:采集的方法，要點;試驗數(shù)據(jù)的定性分析與定量分析相結合;試驗數(shù)據(jù)的整理應優(yōu)先采用表格表達方式;試驗數(shù)據(jù)的表達一般采用圖、表(記錄表格、計算表格、結果表格)、數(shù)學函數(shù)表達式。7、結點撓度理論值的計算:應采用簡化表格計算方法，具體地說就是先計算某結點在P荷載作用下的撓度理論值(為包含荷載P的數(shù)學式)。

四、試驗對比

針對當前試驗領域的發(fā)展趨勢并結合具體的合理化建議與要求進行了試驗改革的摸索與研究:

1、出發(fā)點:1)針對現(xiàn)代試驗大型化、現(xiàn)代化的發(fā)展趨勢，為了既培養(yǎng)學生的動手能力又能讓學生接觸和熟悉現(xiàn)代先進的儀器設備及比較先進的試驗手段、方法.2)判斷支座支撐狀況是否良好.3)了解“摸態(tài)〞(振型)的概念，為后續(xù)課程的學習打下基礎。

2、改革方法:1)將傳統(tǒng)手動采集方式改為一半點仍采用手動采集，一半改用自動采集系統(tǒng)進行采集.2)采用振動及動態(tài)信號采集系統(tǒng)進行模態(tài)演示試驗，并借此判斷支撐條件的好壞.3)通過增加或改變加載點數(shù)量和位置進行試驗，培養(yǎng)試驗者對對稱性、等效荷載的理解與深化.

3、試驗改革前后對比:簡支桁架非破損試驗(綜合性、設計性試驗)與簡支桁架非破損試驗(驗證型)的主要優(yōu)點在于:改變了加載點位置，加載點數(shù)量，使

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對稱性變成了非對稱性，相應地使試驗內容和試驗形式變得繁雜、多樣，客觀上要求學生必需主動做好試驗的充分準備，這樣就調動了學生對試驗的主動性及興趣，同時可以有效抑制驗證型試驗中出現(xiàn)的試驗報告千篇一律的抄襲現(xiàn)象，真正培養(yǎng)了學生的設計、創(chuàng)新能力.

4、改革效果:經過改革將驗證型試驗升華為設計、創(chuàng)新綜合型試驗，不僅增加了試驗難度，還大大激發(fā)了學生的學習積極性.

五、試驗方案、步驟

撓度計

A鋼桁架尺寸與測點布置圖

試件——鋼桁架、跨度2.0m，上下弦桿采用等邊角鋼2∠202.5，腹桿采用

2∠202.5，測點布置見圖1.1所示；

2、加載設備——油壓千斤頂或吊籃重物加載；3、靜態(tài)電阻應變儀；4、百分表及支架；5、傾角儀。

(一)、試驗方案

桁架試驗一般多采用垂直加荷方式，

桁架試驗支座的構造可以采用梁試驗

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的支承方法，支承中心線的位置盡可能確鑿，其偏差對桁架端結點的局部受力影響較大，對鋼筋混凝土桁架影響更大，故應嚴格控制。三角形屋架受荷后，下弦伸長較多，滾動支座的水平位移往往較大，因此支座墊板應有足夠的尺寸。桁架試驗加荷方法可采用實物加荷，也可采用吊籃加荷，但一般多采用螺旋千斤頂或同步液壓千斤頂加荷，試驗時應使桁架受力穩(wěn)定、對稱、防止平面外失穩(wěn)破壞，同時還要充分估計千斤頂?shù)挠行谐獭?/p>

桁架的試驗荷載不能與設計荷載相符合時，亦可采用等效荷載代換，但應驗算，使主要受力構件或部位的內力接近設計狀況，還應注意荷載改變后可能引起的局部影響，防止產生局部破壞。

觀測項目一般有節(jié)點撓度和轉角、桿件內力等。測量撓度，可采用撓度計或水準儀，測點一般布置于下弦結點。為測量支座沉陷，在桁架兩支座的中心線上應安置垂直方向的位移計。桿件內力測量，可用電阻應變片或接觸式位移計，其安裝位置隨桿件受力條件和測量要求而定。

荷載分級、開裂荷載和破壞荷載的判別，參照梁的試驗。

桁架試驗由于荷載點高，加荷載過程中要特別注意安全，以防損壞儀器設備和造成人身傷害。

本試驗采用縮尺鋼桁架作非破損檢驗，以達到熟悉的目的。桿件應變測量點設置在桿件的中間區(qū)段，為消除自重彎矩的影響，電阻應變片均安裝在截面的重心線上，見圖1.3。在水平桿AF及BJ的支座處裝傾角儀，量測在各級荷載下的轉角變化。撓度測點均布置在桁架下弦結點上，同時支座處尚應裝置百分表測量沉降值（及側移值）。

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附：試驗儀器

應變片粘貼位

圖1.2簡支剛桁架

表1-1

試驗儀器表

圖1.3應變片粘貼位置示意圖

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(二)、試驗步驟

1、試驗設備的連接及調試：

①應變的連接及調試

將桁架上的應變片按半橋單臂的方式（參見試驗二）接入DH3818靜態(tài)電阻應變儀上，采用公共補償。連接完畢后觀測每個測點是否都處在正常工作狀態(tài)(即每個通道均有數(shù)字顯示，而不是“〞)。

②百分表的安裝及調整

將磁芯表座吸附在置于地上的穩(wěn)定的鋼梁上（若鋼梁不穩(wěn)，在測試過程中產生晃動，將會影響測試精度），并將百分表的滑桿頂端頂在桁架的各節(jié)點上，旋緊表座連桿上的旋扭，輕輕觸動百分表，假使指針晃動之后能回到原位，說明百分表已固定好；再旋轉表盤，使表盤上的兩個（或三個）指針的讀數(shù)協(xié)調一致。

注意：由于撓度是結構某一位置與一不動點的相對位置變化，因此，安裝好百分表后，在荷載為零時，不一定要把百分表的指針調零，可以有一個初讀數(shù)，關鍵是要把百分表大小針的進位關系調整好。

百分表調整方法：輕輕滑動百分表的滑桿，使表盤中的小指針指到整數(shù)并

2、正式試驗：

①預載：加40kN荷載，循環(huán)兩次，做預載試驗。其目的為：消除節(jié)點和結合部位的間隙，使結構進入正常工作狀態(tài)；檢查全部試驗裝置的可靠性；檢查全部觀測儀表的工作是否正常；檢查現(xiàn)場的組織工作和人員的工作狀況。然后卸載，及時排除發(fā)現(xiàn)的問題。

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預載過程中要注意觀測應變及撓度測試儀表的讀數(shù)是否發(fā)生變化，變化狀況是否正常。

②正式加載及測量：采用分級等量的荷載進行加荷，先施加10kN初載(結構試驗測量的是結構在每級加載后的應變及撓度增量，為了排除荷載較小時的非線性段，使數(shù)據(jù)結果更理想，更好地了解整個靜載試驗過程，因此將P0=10kN作為零荷載)，初載施加完畢后，將應變儀調零并記錄初讀數(shù)，同時記錄撓度的初讀數(shù)。然后進行分級加載，每級荷載30kN（P=30kN），共加三級，即10kN40kN70kN100kN。每加一級荷載之后穩(wěn)載5分鐘，然后讀取應變及撓度數(shù)據(jù)，記錄在表6-1中。試驗共進行兩個循環(huán)，排除所測讀數(shù)的偶然性。

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六、試驗數(shù)據(jù)處理

表6-1

原始記錄表格

根據(jù)應力應變公式

ε=δ/Ε

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表6-2平均應變值

表6-3

整理數(shù)據(jù)記錄表

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七、試驗報告與誤差分析

1、鋼材本身存有缺陷。

2、桁架結構不對稱，放在鋼架上加壓時沒有確切在桁架中心，應變片貼片位置不夠確切且左右貼片位置不對稱。

3、桁架在加載過程中產生了塑性變形，同時