史三元 劉克昭 吳 超

(河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院，河北邯鄲 056038)

0 引言

用實(shí)驗(yàn)方法研究彈性鉸支梁在豎向荷載作用下的彈性受力全過程。深入理解彈性計(jì)算理論，理解彈性鉸支梁的受力特征和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。深入研究該試驗(yàn)涉及的概念問題。掌握結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的方法，根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)所建立的理論計(jì)算模型的正確性。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)假設(shè)

1)假設(shè)集中荷載作用下梁的變形符合平截面假定;2)假設(shè)兩端彈性鉸支梁的受力在彈性范圍內(nèi);3)假定彈性鉸支梁受壓區(qū)的壓應(yīng)力均勻分布。

1.2 理論計(jì)算

1)理論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。理論選取兩個(gè)相同高度支座，兩個(gè)支座與鋼梁的交接處用兩個(gè)鋼板和一個(gè)滾軸通過四根螺栓垂直連接而成，試件設(shè)計(jì)見圖1。

鋼梁選用槽鋼[18，并設(shè)定兩個(gè)支座間的距離為L(zhǎng)，即梁的有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其中槽鋼的彈性模量為E，連接鋼梁與支座的上下兩個(gè)螺栓間的距離為a，支座外端螺栓與滾軸間的距離為b，螺栓的直徑為d。

2)建立理論計(jì)算模型(見圖2)。

3)當(dāng)梁受到荷載作用時(shí)將會(huì)發(fā)生彎曲，并在支座處翹起，從而使支座處的螺栓受力。

由桿件的軸力、抗拉剛度、伸長(zhǎng)量:

a.建立等式如下所示:

其中，N為螺栓所受的軸力;a為螺栓的計(jì)算長(zhǎng)度;A為螺栓的有效面積。

b.可以根據(jù)幾何關(guān)系求梁在支座處的轉(zhuǎn)角θ:由圖3的幾何關(guān)系可以得:

根據(jù)位移法可以求得支座處的轉(zhuǎn)角。

2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

前期試驗(yàn)中要用到螺栓和鋼梁。受拉材料為螺栓，受彎材料為鋼梁。其中螺栓的直徑有小直徑5.5 mm、中直徑7.5 mm、大直徑11.5 mm三種規(guī)格。

本實(shí)驗(yàn)采用小直徑5.5 mm、中直徑7.5 mm、大直徑11.5 mm三種規(guī)格的螺栓。要測(cè)定所選用材料的強(qiáng)度，需到材料試驗(yàn)室測(cè)定強(qiáng)度。

2.2 設(shè)計(jì)

本組的裝置是模擬兩端彈性鉸支梁的簡(jiǎn)易裝置，采用兩個(gè)型鋼當(dāng)支座[2-4]，兩端彈性鉸支梁。兩個(gè)型鋼都是上方用鋼板與螺栓連接成鉸支座，模擬兩端彈性鉸支梁。

1)重力加載就是利用重物加于結(jié)構(gòu)上作為荷載。本實(shí)驗(yàn)采用的就是此類加載方法。每隔一定時(shí)間就加載24 kg重的鑄鐵塊，待機(jī)械式百分表的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再次加載鑄鐵塊，直至加載到第八級(jí)荷載。2)本試驗(yàn)要測(cè)量位移值。所采用的儀器是手持位移計(jì)。結(jié)構(gòu)表面的測(cè)點(diǎn)應(yīng)按照儀器量測(cè)之間的距離進(jìn)行設(shè)置，試件的伸長(zhǎng)由裝在骨架上的百分表來測(cè)讀。每加載一次就用百分表測(cè)量其位移值，并以表格的形式記錄下來。3)本組用到的試件是模擬兩端彈性鉸梁。在跨中施加一個(gè)集中力，梁的兩端與支座處用螺栓進(jìn)行連接，梁兩端采用相同的螺栓連接。

2.3 試驗(yàn)加載

試驗(yàn)加載點(diǎn)如圖4所示。

1)將一個(gè)吊籃吊在彈性鉸支梁的中點(diǎn)處，每次吊籃上施加一個(gè)鑄鐵塊，然后觀察現(xiàn)象，待穩(wěn)定后用記錄位移計(jì)的值，記錄下數(shù)據(jù)，并整理成表格。

2)實(shí)驗(yàn)所得轉(zhuǎn)角與理論計(jì)算所得轉(zhuǎn)角的關(guān)系比較，如圖5所示。

3 試驗(yàn)結(jié)論

本次試驗(yàn)通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算結(jié)果以及曲線圖的對(duì)比得出以下結(jié)論:

1)通過對(duì)彈性鉸支座梁的內(nèi)力計(jì)算以及支座處轉(zhuǎn)角的計(jì)算，從試驗(yàn)荷載與轉(zhuǎn)角和理論荷載與轉(zhuǎn)角關(guān)系的曲線對(duì)比，理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上是相吻合的，理論計(jì)算模型的簡(jiǎn)化計(jì)算與實(shí)際工程相符合。

2)通過在試驗(yàn)的過程中，對(duì)梁的彈性模量以及梁的計(jì)算跨度的增加，彈性梁支座處的轉(zhuǎn)角在加載的過程中隨之減小，隨著槽型鋼的截面尺寸以及梁的計(jì)算跨度的增加，彈性鉸支座梁趨近于兩端固支梁。

[1]趙興龍，張秀華，劉晚成.H型鋼梁與方鋼管柱連接框架抗側(cè)移剛度有限元分析[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010(8):47-48.

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