一、研究目的
1、通过本次试验，使我们进一步了解静力试验中数据采集系统、液压加载系统、测力传感器、位移传感器、电子秤、百分表等各种仪器设备的工作原理和技术指标，并掌握其使用方法，熟悉结构静力实验的基本操作过程；
2、通过自主设计试验，掌握结构试验方案设计的基本原则，并能够制订完整的结构试验方案；
3、选择一种工况进行试验，量测钢桁架在弹性阶段的杆件内力，节点挠度等，通过记录的数据对比理论计算结果进行试验结果的分析，得出自己的一些结论。
4、掌握结构实验数据整理与分析的基本原则，能够在教师的指导下撰写较为完整的试验研究报告。
二、试验设计
1、试件设计
本组5M钢桁架结构静力试验试件为一榀5M空腹钢桁架，如图1所示： 图1 5M空腹钢桁架试件
5M空腹钢桁架试件分别在S-1和S-2位置处设置支座支承点，在P-1和P-2位置处设置加载点。
2、加载方案
通过支座形式与加载方式的不同组合，可进行多种试验工况下的5M空腹钢桁架结构的静力分析试验。本次试验工况如图2所示：
P-1
P
P-2
P
其中
支座方案：一端采用固定铰支座，另一端采用滑动铰支座； 加载方案：在P-1和P-2两点施加集中荷载P。
① 先进行预加载，先加P20KN，练习各种仪表的使用，检查各种加载、测试
仪器工作是否正常；
② 正式试验，加载最大荷载P75KN，分为五级加载，每级15KN，每级加载
后约1分钟，进行试验现象观察和全部仪器、仪表读数，并记录相应的试验现象与关键试验数据；
③ 满载后分两级卸载并记录相应的试验现象与关键试验数据。 3、测试方案 (1)挠度“f”测试
利用数据采集系统和电测位移传感器，测量5M钢桁架试件上、下弦挠度，同时在两支座上安装两个电测位移传感器测量支座刚性位移，用于挠度测试结果的修正。挠度测试的基本测点布置如图3示：
挠度测点
图3 试件挠度测试测点布置示意图
采集系统选用Solatron 35951B，位移计型号为：YHD-100以及YHD-30，位移计的相应参数见表1：
（2）桁架杆件应变“”测试
采用电阻应变测试方法测量5M钢桁架试件弦杆和腹杆应变。应变片布置如图4示，图5为测量电桥图：
Ф
应变测点
图4 试件应变测试测点布置示意图
A
2
图5 测量电桥图
应变片对应线号及通道号见表2
表2 应变片对应线号及通道号
续表2 应变片对应线号及通道号
三、主要试验结果
1、试件受力过程
① 先进行预加载，先加P20KN，练习各种仪表的使用，检查各种加载、测试
仪器工作是否正常；
② 正式试验，加载最大荷载P75KN，分为五级加载，每级15KN，每级加载
后约1分钟，进行试验现象观察和全部仪器、仪表读数，并记录相应的试验现象与关键试验数据；
③ 满载后分两级卸载并记录相应的试验现象与关键试验数据。 2、腹杆应变
腹杆应变计有45、51、70、81号四个，其其对应的位置见上图4，对应的通道号见上表2，通过实验测量，对应荷载下的应变值见表3：
画出腹杆荷载—应变曲线，见图6：
图6 腹杆荷载—应变曲线
3、上弦杆应变
上弦杆应变计有9、53、10、19、20、15、59、16号八个，其对应的位置见上图4，其对应的通道号见上表2，通过实验测量，对应荷载下的应变值见表4：
画出上弦杆荷载—应变曲线，见图7：
图7 上弦杆荷载—应变曲线
4、下弦杆应变
下弦杆应变计有11、55、12、21、22、17、63、18号八个，其对应的位置见上图4，对应的通道号见上表2，通过实验测量，对应荷载下的应变值见表5：
表5下弦杆荷载—应变读数
画出上弦杆荷载—应变曲线，见图8：
图8 下弦杆荷载—应变曲线
4、荷载—挠度关系
测量挠度的位移计编号为d-1、d-3、d-4、d-5、d-7，其对应位置见上图3，对应通道号见上表1， 试验中实际测得的数据见下表6：
表6 荷载—位移计读数
画出荷载—跨中挠度曲线，见图9:
图9 荷载—跨中挠度曲线
四、试验结果分析
采用3D3S计算软件对该钢桁架结构进行试算，因该空腹钢桁架的几何特性为可变体系，故只能以平面框架体系进行建模。
1、首先将弦杆与腹杆的连接节点取为刚节点进行试算
①观察其在P75KN荷载作用下的弯矩内力图（如下图10所示）和轴力内力图（如
A、 除去对称轴上的腹杆外，其它腹杆上都有弯矩作用，且在腹杆中部，弯矩值都为0； B、所有弦杆中都存在弯矩，且在弦杆中部，弯矩值都不为零；
C、在荷载作用下，腹杆和弦杆当中都存在轴力，且支座和荷载作用处的腹杆中的轴力比其余腹杆要大，而弦杆中的轴力则向支座两端递减；
D、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，腹杆应变中，测点45读数最大，其次为测点70，测点51与测点81的读数应相接近，这与图6：腹杆荷载—应变曲线吻合的较好；
E、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，上弦杆应变中，测点53、59读数不为零，应都为负值，且测点19读数绝对值值大于测点9读数绝对值，这与图7： 上弦杆荷载—应变曲线吻合的较好；
F、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，下弦杆应变中，测点55、63读数不为零，应都为负值，且测点22读数绝对值值大于测点12读数绝对值，这与图8： 下弦杆荷载—应变曲线吻合的较好；
②观察该结构在各级P荷载作用下的位移图（如下图12），并将理论值数据画成图表，我们可以得到以下结论：
图12 在各级P荷载作用下的位移图（单位：mm）
表7 刚接情况下3D3S软件计算的荷载—跨中挠度值与试验实测值对比
图13 刚接情况下试验实测与理论计算荷载—挠度曲线
从上图可知，在相同荷载作用下实际结构的位移值要大于理论计算值，且两者相差较大，将弦杆与腹杆的连接节点取为刚节点的计算模型并不完全符合实际情况。
2、其次将腹杆单元两端释放成铰接与上下弦杆上
①观察其在P75KN荷载作用下的弯矩内力图（如下图14所示）和轴力内力图（如下图15所示），我们可以得到以下结论：
图14 P75KN荷载作用下的铰接情况下的弯矩图（单位：KNm）
图15 P75KN荷载作用下的交接情况下的轴力图（单位：KN）
A、腹杆中没有弯矩，仅存在轴力，且支座和荷载作用处的腹杆中的轴力比其余腹杆要大；
B、所有弦杆中都存在弯矩，且上下弦杆弯矩值相差不大，都类似与简支梁的弯矩图；
C、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，腹杆应变中，测点45读数最大，其次为测点70，测点51与测点81的读数应相接近，这与图6：腹杆荷载—应变曲线吻合的较好；
D、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，上弦杆应变中，测点53、59读数都为零，这与图7不符，测点19读数绝对值值大于测点9读数绝对值，测点20读数大于测点10读数，测点15读数介于测点9与测点19读数之间，且及接近于测点19读数，测点16读数介于测点10与测点20之间，且及接近于测点20，这与图7： 上弦杆荷载—应变曲线吻合的较好；
E、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，下弦杆应变中，测点55、63读数都为零，这与图8不符，且测点21读数绝对值值大于测点11读数绝对值，测点22读数要大于测点12读数，测点17读数大于测点21读数，且及接近于测点21，测点18读数大于测点22读数，且及接近于测点22，这与图8： 下弦杆荷载—应变曲线吻合的较好；
②观察该结构在各级P荷载作用下的位移图（如下图12），并将理论值数据画成图表，我们可以得到以下结论：
图16 P75KN荷载作用下的铰接情况下的位移图（单位：mm）
表8 铰接情况下3D3S软件计算的荷载—跨中挠度值与试验实测值对比
图17 铰接情况下试验实测与理论计算荷载—挠度曲线
从上图可知，在相同荷载作用下实际结构的位移值要小于理论计算值，且两者相差较大，将腹杆单元释放成铰接与弦杆上的计算模型并不完全符合实际情况。
五、结论
一、研究目的
1、通过本次试验，使我们进一步了解静力试验中数据采集系统、液压加载系统、测力传感器、位移传感器、电子秤、百分表等各种仪器设备的工作原理和技术指标，并掌握其使用方法，熟悉结构静力实验的基本操作过程；
2、通过自主设计试验，掌握结构试验方案设计的基本原则，并能够制订完整的结构试验方案；
3、选择一种工况进行试验，量测钢桁架在弹性阶段的杆件内力，节点挠度等，通过记录的数据对比理论计算结果进行试验结果的分析，得出自己的一些结论。
4、掌握结构实验数据整理与分析的基本原则，能够在教师的指导下撰写较为完整的试验研究报告。
二、试验设计
1、试件设计
本组5M钢桁架结构静力试验试件为一榀5M空腹钢桁架，如图1所示： 图1 5M空腹钢桁架试件
5M空腹钢桁架试件分别在S-1和S-2位置处设置支座支承点，在P-1和P-2位置处设置加载点。
2、加载方案
通过支座形式与加载方式的不同组合，可进行多种试验工况下的5M空腹钢桁架结构的静力分析试验。本次试验工况如图2所示：
P-1
P
P-2
P
其中
支座方案：一端采用固定铰支座，另一端采用滑动铰支座； 加载方案：在P-1和P-2两点施加集中荷载P。
① 先进行预加载，先加P20KN，练习各种仪表的使用，检查各种加载、测试
仪器工作是否正常；
② 正式试验，加载最大荷载P75KN，分为五级加载，每级15KN，每级加载
后约1分钟，进行试验现象观察和全部仪器、仪表读数，并记录相应的试验现象与关键试验数据；
③ 满载后分两级卸载并记录相应的试验现象与关键试验数据。 3、测试方案 (1)挠度“f”测试
利用数据采集系统和电测位移传感器，测量5M钢桁架试件上、下弦挠度，同时在两支座上安装两个电测位移传感器测量支座刚性位移，用于挠度测试结果的修正。挠度测试的基本测点布置如图3示：
挠度测点
图3 试件挠度测试测点布置示意图
采集系统选用Solatron 35951B，位移计型号为：YHD-100以及YHD-30，位移计的相应参数见表1：
（2）桁架杆件应变“”测试
采用电阻应变测试方法测量5M钢桁架试件弦杆和腹杆应变。应变片布置如图4示，图5为测量电桥图：
Ф
应变测点
图4 试件应变测试测点布置示意图
A
2
图5 测量电桥图
应变片对应线号及通道号见表2
表2 应变片对应线号及通道号
续表2 应变片对应线号及通道号
三、主要试验结果
1、试件受力过程
① 先进行预加载，先加P20KN，练习各种仪表的使用，检查各种加载、测试
仪器工作是否正常；
② 正式试验，加载最大荷载P75KN，分为五级加载，每级15KN，每级加载
后约1分钟，进行试验现象观察和全部仪器、仪表读数，并记录相应的试验现象与关键试验数据；
③ 满载后分两级卸载并记录相应的试验现象与关键试验数据。 2、腹杆应变
腹杆应变计有45、51、70、81号四个，其其对应的位置见上图4，对应的通道号见上表2，通过实验测量，对应荷载下的应变值见表3：
画出腹杆荷载—应变曲线，见图6：
图6 腹杆荷载—应变曲线
3、上弦杆应变
上弦杆应变计有9、53、10、19、20、15、59、16号八个，其对应的位置见上图4，其对应的通道号见上表2，通过实验测量，对应荷载下的应变值见表4：
画出上弦杆荷载—应变曲线，见图7：
图7 上弦杆荷载—应变曲线
4、下弦杆应变
下弦杆应变计有11、55、12、21、22、17、63、18号八个，其对应的位置见上图4，对应的通道号见上表2，通过实验测量，对应荷载下的应变值见表5：
表5下弦杆荷载—应变读数
画出上弦杆荷载—应变曲线，见图8：
图8 下弦杆荷载—应变曲线
4、荷载—挠度关系
测量挠度的位移计编号为d-1、d-3、d-4、d-5、d-7，其对应位置见上图3，对应通道号见上表1， 试验中实际测得的数据见下表6：
表6 荷载—位移计读数
画出荷载—跨中挠度曲线，见图9:
图9 荷载—跨中挠度曲线
四、试验结果分析
采用3D3S计算软件对该钢桁架结构进行试算，因该空腹钢桁架的几何特性为可变体系，故只能以平面框架体系进行建模。
1、首先将弦杆与腹杆的连接节点取为刚节点进行试算
①观察其在P75KN荷载作用下的弯矩内力图（如下图10所示）和轴力内力图（如
A、 除去对称轴上的腹杆外，其它腹杆上都有弯矩作用，且在腹杆中部，弯矩值都为0； B、所有弦杆中都存在弯矩，且在弦杆中部，弯矩值都不为零；
C、在荷载作用下，腹杆和弦杆当中都存在轴力，且支座和荷载作用处的腹杆中的轴力比其余腹杆要大，而弦杆中的轴力则向支座两端递减；
D、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，腹杆应变中，测点45读数最大，其次为测点70，测点51与测点81的读数应相接近，这与图6：腹杆荷载—应变曲线吻合的较好；
E、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，上弦杆应变中，测点53、59读数不为零，应都为负值，且测点19读数绝对值值大于测点9读数绝对值，这与图7： 上弦杆荷载—应变曲线吻合的较好；
F、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，下弦杆应变中，测点55、63读数不为零，应都为负值，且测点22读数绝对值值大于测点12读数绝对值，这与图8： 下弦杆荷载—应变曲线吻合的较好；
②观察该结构在各级P荷载作用下的位移图（如下图12），并将理论值数据画成图表，我们可以得到以下结论：
图12 在各级P荷载作用下的位移图（单位：mm）
表7 刚接情况下3D3S软件计算的荷载—跨中挠度值与试验实测值对比
图13 刚接情况下试验实测与理论计算荷载—挠度曲线
从上图可知，在相同荷载作用下实际结构的位移值要大于理论计算值，且两者相差较大，将弦杆与腹杆的连接节点取为刚节点的计算模型并不完全符合实际情况。
2、其次将腹杆单元两端释放成铰接与上下弦杆上
①观察其在P75KN荷载作用下的弯矩内力图（如下图14所示）和轴力内力图（如下图15所示），我们可以得到以下结论：
图14 P75KN荷载作用下的铰接情况下的弯矩图（单位：KNm）
图15 P75KN荷载作用下的交接情况下的轴力图（单位：KN）
A、腹杆中没有弯矩，仅存在轴力，且支座和荷载作用处的腹杆中的轴力比其余腹杆要大；
B、所有弦杆中都存在弯矩，且上下弦杆弯矩值相差不大，都类似与简支梁的弯矩图；
C、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，腹杆应变中，测点45读数最大，其次为测点70，测点51与测点81的读数应相接近，这与图6：腹杆荷载—应变曲线吻合的较好；
D、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，上弦杆应变中，测点53、59读数都为零，这与图7不符，测点19读数绝对值值大于测点9读数绝对值，测点20读数大于测点10读数，测点15读数介于测点9与测点19读数之间，且及接近于测点19读数，测点16读数介于测点10与测点20之间，且及接近于测点20，这与图7： 上弦杆荷载—应变曲线吻合的较好；
E、结合弯矩图、轴力图以及应变测试测点布置图，我们可以判断，下弦杆应变中，测点55、63读数都为零，这与图8不符，且测点21读数绝对值值大于测点11读数绝对值，测点22读数要大于测点12读数，测点17读数大于测点21读数，且及接近于测点21，测点18读数大于测点22读数，且及接近于测点22，这与图8： 下弦杆荷载—应变曲线吻合的较好；
②观察该结构在各级P荷载作用下的位移图（如下图12），并将理论值数据画成图表，我们可以得到以下结论：
图16 P75KN荷载作用下的铰接情况下的位移图（单位：mm）
表8 铰接情况下3D3S软件计算的荷载—跨中挠度值与试验实测值对比
图17 铰接情况下试验实测与理论计算荷载—挠度曲线
从上图可知，在相同荷载作用下实际结构的位移值要小于理论计算值，且两者相差较大，将腹杆单元释放成铰接与弦杆上的计算模型并不完全符合实际情况。
五、结论