趙旻旻，寇素霞

摘要：文章通過對簡支桁架結(jié)點位移、支座沉降、桿件內(nèi)力的測量及對測量結(jié)果處理分析，探究了桁架結(jié)構(gòu)靜力特性，驗證結(jié)構(gòu)力學(xué)對桁架理論計算的準確性，分析偏差的影響因素，確定對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：簡支桁架；測量分析；理論計算；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)揮材料的強度，在實際工程中的應(yīng)用較廣。然而在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對桁架這部分內(nèi)容掌握得不太好，對桁架這種結(jié)構(gòu)形式理解不到位。為促進學(xué)生對桁架的理解，課題組設(shè)計加工了實際的鋼桁架進行試驗，作為結(jié)構(gòu)力學(xué)的課程試驗之一。鋼桁架試驗要求學(xué)生先進行理論計算，然后通過試驗獲得數(shù)據(jù)進行分析，來驗證理論計算的正確性及其與實際情況的誤差，旨在加強學(xué)生的理論分析能力、試驗?zāi)芰?、實踐動手能力以及實踐與理論相結(jié)合的能力。

1試件設(shè)計制作

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)點法計算桿件內(nèi)力

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法，對圖1所示桁架應(yīng)用結(jié)點法進行內(nèi)力計算，結(jié)果如圖2所示。實際加載時最大荷載為，此時各桿軸力的理論計算值如表1所示。

2.2圖乘法計算桁架撓度

根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法，當(dāng)F=100KN時，應(yīng)用以下公式對桁架結(jié)點撓度進行計算，結(jié)果如表2所示。

3靜載試驗

3.1試驗內(nèi)容

測試結(jié)構(gòu)荷載——撓度關(guān)系曲線，驗證結(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)力大小與理論計算的偏差因素，確定隱患；

通過試驗總結(jié)生產(chǎn)工作安裝所須注意問題，總結(jié)此次試驗經(jīng)驗教訓(xùn)。

3.2試驗方案

①桁架采用簡支支撐，為防平面外失穩(wěn)問題。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，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；做簡支支撐，支座支墩支承起偏差對桁架端結(jié)點局部受力影響大，要嚴格控制支撐中心點位置。

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

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

3.3試驗結(jié)果

經(jīng)試驗，桁架位移應(yīng)變?nèi)绫?所示。

表3 桁架位移和應(yīng)變試驗值（單位：mm）

4.結(jié)果分析

（1） 結(jié)點實測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)點撓度實測值與理論值的差異，如表4所示。

（4）試驗結(jié)果分析

其一，分級加載下，撓度比例呈現(xiàn)與理論計算相一致的結(jié)果，但各對應(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；

其二，兩榀桁架對應(yīng)位置應(yīng)變并不一致，可能由于支座未知偏移，加載點不完全對中導(dǎo)致，嚴格控制加載點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，試驗過程中應(yīng)變片粘貼的不完全與軸線重合會導(dǎo)致該現(xiàn)象產(chǎn)生，必須嚴格對應(yīng)才能真實反映軸向拉壓作用產(chǎn)生的應(yīng)變。

5結(jié)語

通過桁架靜載非破壞試驗，驗證了理論計算數(shù)據(jù)的特殊性與代表性，認識到實際工作狀態(tài)下各外界因素對構(gòu)件產(chǎn)生的不利影響，試驗進行流程仍需完善。通過此試驗，可使學(xué)生進一步、直觀地理解桁架的受力特性，并可提高學(xué)生的動手能力，加強學(xué)生理論指導(dǎo)實踐、實踐驗證理論、理論與實踐相結(jié)合的能力。

編輯∕林懿冉