肖家發(fā) 高少霞 李雨倫 高 潮

(大連海洋大學(xué)，遼寧 大連 116023)

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

為了加強(qiáng)在校大學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，提高大學(xué)生專業(yè)綜合素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生分析梯形桁鋼架節(jié)點(diǎn)、位移、桿件內(nèi)力情況，深入探討桁鋼架結(jié)構(gòu)的工作性能并掌握結(jié)構(gòu)靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和分析的方法，因此本文就關(guān)于梯形桁鋼架受力特點(diǎn)的探究展開論述，以供相關(guān)領(lǐng)域各位學(xué)者探討與學(xué)習(xí)。

2 實(shí)驗(yàn)儀器參數(shù)

本次所研究實(shí)驗(yàn)裝置為大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)自主研制的PJJC-50型平面結(jié)構(gòu)加載測試裝置(如圖1所示)，該梯形結(jié)構(gòu)鋼桁架的技術(shù)參數(shù)：儀器質(zhì)量38 kg,外形尺寸長×寬×高=2 155 mm×84 mm×342.6 mm，由∠40×40×4.5角鋼焊接而成，被支承的跨度為2 100 mm。單壓頭加載時(shí)架中受力的最大值為50 kN，分力梁加載時(shí)架中700 mm兩處受力的最大值各為25 kN。由實(shí)測得兩角鋼組合截面的橫截面面積為A=334.6×2 mm2=669.2 mm2角鋼的軸線距角邊11.3 mm。

3 桿件內(nèi)力分析

4 桿件變形分析

由單軸應(yīng)力狀態(tài)下的胡克定律σ=εE，N=σA由實(shí)驗(yàn)測出應(yīng)變值(如表1所示)計(jì)算出軸力(如表2所示)。

表1 應(yīng)變片實(shí)測數(shù)據(jù)

表2 各桿件形變量 mm

理論值與實(shí)驗(yàn)值對比分析：

根據(jù)圖3，將理論與實(shí)驗(yàn)值對比得出以下結(jié)論：實(shí)驗(yàn)值與理論值有共同的變化趨勢，但雖有相同的變化規(guī)律卻有不同之處，其主要原因在于實(shí)驗(yàn)中我們有各種因素導(dǎo)致與理論情況不符，但初步證明了桿件內(nèi)力與伸長量的相關(guān)規(guī)律，由此本文針對實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生原因展開了探究，見表3。

表3 計(jì)算理論值與實(shí)際測量值

內(nèi)力234589理論值/mm-0.437-1.3130.593-0.593-0.80.875實(shí)驗(yàn)值/mm-0.513-1.3130.720-0.679-0.9821.005

5 誤差原因探究

材料力學(xué)中所研究的構(gòu)件在承受荷載作用時(shí)，其變形與構(gòu)件的原始尺寸相比通常甚小，可以略去不計(jì)。所以在研究梯形桁鋼架受力特點(diǎn)，我們做出如下假定：

1)桁架各桿軸線筆直，承受保向力；

2)變形屬于小變形，材料線彈性；

3)各向同性假設(shè)。

然而，實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件與理想狀態(tài)存在差距，因而會(huì)產(chǎn)生以下誤差：

1)本實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)所使用的鋼材性能參數(shù)，只適用于標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件，即應(yīng)力均勻分布且是單向的。實(shí)際結(jié)構(gòu)中不可避免地存在孔洞、槽口、截面突然改變以及鋼材內(nèi)部缺陷等，此時(shí)截面中的應(yīng)力分布不再保持均勻，故產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差；在進(jìn)行桁鋼架結(jié)構(gòu)的焊接構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工時(shí)，焊接所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也會(huì)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)造成影響。

2)光滑鉸鏈?zhǔn)橇W(xué)中一個(gè)抽象化，理想化的模型，但只要是兩個(gè)非自由體相互連接處就必然存在摩擦，與實(shí)驗(yàn)設(shè)定不符，故存在誤差。

3)本實(shí)驗(yàn)加載結(jié)構(gòu)為螺旋千斤頂，在理論設(shè)計(jì)階段，由于梯形桁鋼架受力面積較小，將其簡化為過桁鋼架形心的集中力。在加載過程中，不可避免地存在偏移，無法恰好使外載作用點(diǎn)經(jīng)過形心，因此會(huì)產(chǎn)生附加力矩，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較理論值相比有所增大。

4)應(yīng)變片常用的被測對象有金屬結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)應(yīng)變片貼在金屬結(jié)構(gòu)上，有震動(dòng)或磁場產(chǎn)生的一系列干擾信號會(huì)由桁鋼架傳遞給應(yīng)變片，對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾。