结构力学
桁架结构受力性能实验报告
学号:1153377
姓名:周璇
专业:土木工程
实验时间:2016年05月04日周三,中午12:30-13:30
实验指导教师:陈涛
理论课任课教师:陈涛
一、实验目的
(1)参加并完成规定的实验项目内容,理解与掌握结构的实验方法与实验结果,通过
实践掌握试件的设计、实验结果整理的方法。

(2)进行静定、超静定结构受力的测定与影响线的绘制。

二、结构实验
(一)空间桁架受力性能概述
桁架在受结点荷载时,两边支座处产生反力,桁架中各杆件产生轴力,如图1、1为在抛物线桁架结点分别加载时结构示意图。

用Q235钢材,桁架跨度6⨯260=1560mm,最大高度260mm。

杆件之间为铰接相连。

杆件直径为8mm。

图1、1
(二)实验装置
图1、2为框架结构侧向受力实验采用的加载装置,25kg挂钩与25kg砝码。

采用单结点集中力加载,由砝码、挂钩施加拉力,应变片测算待测杆件应变。

结构尺寸如图1、2所示。

图1、2
(三)加载方式
简单多次加载,将挂钩与砝码依次施加在各个结点,待应变片返回数据稳定后,进行采集。

采集结束后卸下重物,等待应变片数值降回初始值后再向下一节点施加荷载,重复采集操作。

(四)量测内容
需要量测桁架待测杆件的应变值在前后四对桁架杆布置单向应变片,具体布置位置如图
1、2 所示,即加粗杆件上黏贴应变片。

三、实验原理
对桁架上的5个位置分别施加相同荷载,记录不同条件下各杆件的应变值。

由公式
2
4
F A
E
d
A
σ
σε
π
⎧
⎪=
⎪
=
⎨
⎪
⎪=
⎩
可以得到
24
d E F πε
=
其中:
F ——杆件轴力
E ——Q235钢弹性模量 d ——杆件直径 ε ——杆件应变值 σ ——杆件应力 A ——杆件横截面积
因而可以求得各杆件轴力,进而得到不同杆件的轴力影响线。

四、实验步骤
(1)将载荷挂在加载位置1,待应变片返回数据稳定后,采集相应应变数据。

(2)待应变片数值降回初始值后,重复(1)中操作,将荷载分别挂在加载位置2,3,4,5,分别采集记录各自对应的各杆件应变数据。

五、实验结果与整理
表2、1 实验原始数据
将对应位置杆件应变值取平均值,得到所示一榀桁架四根杆件的应变值如表2、2所示。

利用公式
24
d E F πε
=
其中,8d mm = ,Q235钢弹性模量5210E MPa =⨯
经过计算可以得到不同加载位置下桁架不同杆件的轴力值,如表2、3所示。

杆件编号1-1 1-2 1-3 1-4 轴力(N)
加载位置1 392 -96 151 -246
加载位置2 382 -241 80 -553
加载位置3 121 60 45 -794
加载位置4 171 96 80 -513
加载位置5 55 70 96 -297
表2、3 不同加载位置杆件轴力
根据表2、3数据可以作出四根不同杆件轴力影响线图的大致形状,如图1、3所示。

图1、3
由截面法求得杆件理论值如表2、4
杆件编号1-1 1-2 1-3 1-4 轴力(N)
加载位置1 187 -94 72 -130
加载位置2 375 -187 143 -260
加载位置3 281 94 215 -390
加载位置4 187 63 143 -260
加载位置5 94 31 72 -130
表2、4
由表2、4作图1、4,如图所示
图1、4
六、实验分析讨论
比较实验所得轴力影响线与理论计算所得轴力影响线可知,二者所得影响线大致形状一致,但个别杆件轴力值相差较大,特别就是1-4位置杆件轴力,实验值接近于理论计算值的2倍,存在较大程度偏差。

1、出现理论值与实验值相差较大情况可能由以下原因造成:
(1)桁架加载方式为将荷载悬挂于两榀桁架的中间连接横杆上,很难做到加载位置在横杆中点,因而存在两榀桁架受力情况不一致的情况,使两侧对应杆件应变值存在较大差异而影响最终结果。

(2)桁架节点处并不就是理想的铰接,因而与按铰接计算所得理论值必然存在一定误差。

(3)实验中杆件会发生变形相应角度等会发生改变,而理论计算忽略了杆件变形
2、实验改进方案
(1)由于重物直接用弯头挂在腹杆上,桁架受力位置较难固定,可以在腹杆正中的位置固定钩环,再把重物挂上去。

(2)该实验室的空间太过拥挤,学生人数较多,很难近距离观察,而且一帮人拥堵在一块效果很不好,希望能扩大空间,让每个学生都能很好地瞧到实验的进行。