水利工程实验.docx

水利工程实验（二）辅导资料三主 题：静定桁架实验的辅导资料学习时间：2017年3月27日2017年9月6日内 容：这周我们将学习静定桁架实验的相关内容。一、学习要求学习要求及需要掌握的重点内容如下：1、掌握实验的目的； 2、掌握实验的整个实验步骤； 3、掌握实验数据的处理方法。二、主要内容桁架是什么呢？桁架是由杆件组成的格构式体系，当荷载只作用在节点上时，各杆内力主要为轴力（弯矩很小故一般不予考虑），截面上应力基本上均匀分布，可充分发挥材料作用，因此多用于大跨结构。本次实验的题目为静定桁架实验。（一）本次试验的目的1、掌握杆件应力-应变关系和桁架的受力特点； 2、通过对桁架节点位移、支座沉降和杆件内力测量，以及对测量结果处理分析，掌握静力非破坏试验基本过程；3、结合实验桁架，对桁架工作性能做出分析与评定； （二）本次试验使用的仪器、设备及试验构件1、静定刚桁架2、手动加载仪3、力传感器4、应变采集系统5、H3815静态电阻应变仪及数据采集分析系统6、千分表、磁性表座、游标卡尺和米尺等（三）试验方案1、本实验采用竖向加载，由于桁架平面外刚度较小，故实验时应设置侧向支撑，以保证平面外稳定；2、本实验支座的形式对实验结果影响很大，所以应该保证支座的支撑中心线准确，并且应严格控制支座偏差；3、本次实验观测项目有挠度、杆件的内力和应变。挠度可根据量程选取的位移计量测，本实验测点布置在下弦杆、腹杆、上弦杆；杆件内力是通过电阻应变片算出；4、荷载分级加载，且必须控制在弹性范围内；（四）实验装置及实验原理实验装置如下图所示：1-手动加载仪；2-力传感器；3、数据分析系统；下弦1、2、3、4为百分表；本实验的桁架图片：实验原理回顾为了计算桁架内力，我们作如下的基本假定：1、桁架节点都是光滑铰结点，不能传递力矩；2、桁架各杆的轴线都为直线，且都通过铰的中心；3、荷载和支座反力都作用在节点上； 通过以上假定，我们只需列出水平向和竖直向平衡方程就可求出桁架内力。现在给出试验杆件的内力计算的理论值，如下图所示通过计算，我们可以发现桁架承受向下的荷载时，特点是上弦杆受压，下弦杆受拉。因此在设计桁架时，尽量使短的杆件布置在上弦，长的杆件布置在下弦，以避免压杆失稳；荷载向上时，结论相反。我们再看看试验桁架的内力图，大家思考一下，如果腹杆反向布置，桁架受力将如何变化？对比一下我们就可以评定桁架工作性能的优劣了。通过内力分析可以看出，反向布置以后，腹杆由之前的受拉变为受压，但是受力的大小不变，为避免压杆失稳，上图所用的桁架形式比下图更优，受力更合理，更能发挥材料的作用。（五）实验步骤1、配置好如图所示的桁架，贴好应变片；下面我们连接被测杆件；首先是上弦杆的两对应变片，腹杆两对应变片，下弦杆两对应变片。接下来我们连接测量仪器。把采集系统和电脑连接。2、打开静态应变采集系统，仪表调零，记录初始读数，且做好记录准备。3、启动静态应变采集系统并清零；4、现在正式加载，按照F1=500N，F=500N试验，共分四级加载，每级荷载持续时间1分钟，停歇之后读数，将记录的数据填写在试验表格中；下面我们加第一级荷载，F1=500N，我们持载一分钟，按同样的加载程序，将荷载分别增加到1000N、1500N和2000N，分别读取各级荷载作用下千分表的读数及各杆件应变片应变值，具体数据如表所示。5、接下来我们进行卸载，分两级卸载，分别是卸载到1000N和0；卸载同样持续时间为一分钟，停歇之后读数，将记录的数据填写到实验表格中。本次实验加载过程中，四个千分表的读数如下表所示。荷载N表累计表累计表累计表累计实际实际50000.0750.1250100000.1450.2530150000.2200.3770200000.2850.5020100000.1420.2510000.0010.0020挠度的计算公式如下：下面读取各杆件的应变，加载至500N时，上弦杆1、2两个测点的微应变分别为-34、-36，腹杆两个微应变分别为27、26。下弦杆微应变分别为18、19。加载至1000N时，上弦杆1、2两个测点的微应变分别为-68、-72，腹杆两个微应变分别为53、51。下弦杆微应变分别为34、37。加载至1500N时，上弦杆1、2两个测点的微应变分别为-100、-106，腹杆两个微应变分别为78、76。下弦杆微应变分别为52、55。加载至2000N时，上弦杆1、2两个测点的微应变分别为-133、-142，腹杆两个微应变分别为104、101。下弦杆微应变分别为69、73。卸载至1000N时，上弦杆1、2两个测点的微应变分别为-67、-70，腹杆两个微应变分别为51、50。下弦杆微应变分别为35、37。整理好的数据表格如表所示，请将表格中的数据填写到实验报告相应的表格中。下面回顾一下有应变计算受力的原理和公式：由于试验应变采集系统测试的微应变，现在回顾一下应力-应变关系：由胡克定律我们可知：截面应力等于弹性模量E乘应变；其中应力等于力F比截面面积A；则有E=F/A；从而F=EA为了方便试验计算，我们给出事先测量的材料相关参数杆外径（mm）杆内径（mm）杆面积（mm2）单位长度重量（kg/m）杆间长度（mm）弹性模量（MPa）222065.940.515002.06X105依据上面的公式，很容易得出一个微应变对应应力为：F=2.0610510-665.94=13.58N本次实验测得的各杆件的微应变如下表所示：荷载N上弦杆腹杆下弦杆1点2点均值力1点2点均值力1点2点均值力500-34-36272618191000-68-72535134371500-100-106787652552000-133-14210410169731000-67-70515035370000000根据上表中测得的实验