试验六 简支三角形钢桁架非破坏试验
一、试验目的
1． 进一步学习和掌握几种常用仪器仪表的性能、安装和使用方法。
2． 通过对桁架节点位移、杆件内力、支座处上弦杆转角的测量对桁架结构的工作性能作出分析，并验证理论计算的准确性。 二、试件、试验设备和仪器
1． 试件——钢桁架，跨度4.2m ，各杆采用等边角钢2∠30×3，（截面积A=2×
22
174.9=349.8mm，材料弹性模量E=200KN／mm ），节点板厚δ=4mm。测点布置见图1
所示。
图1 试验桁架测点布置图
∠ — 倾角仪 — — 电阻应变仪
—挠度计
2． 试验加载设备——千斤顶、测力传感器和荷载显示器。试验装置图见图2所示。
图2 钢桁架试验装置图
1-反力架 2-电子秤 3-千斤顶 4-测力传感器 5-静态电阻应变仪 6-电阻应变片 3． 静态电阻应变仪（TJ-28型，两套） 4． 百分表及支架。 5． 倾角仪。
三．试验方案
桁架试验一般多采用垂直加载方式，由于桁架出平面刚度较弱，安装时必须采用专门措施，设置侧向支撑，以保证桁架上弦的侧向稳定。侧向支撑点的位置应根据设计要求确定，支撑点的间距应不大于上弦出平面的设计计算长度。同时侧向支撑应不妨碍桁架在其平面内的位移。
桁架试验时支座的构造可以采用梁试验的支承方法，支承中心线的位置需准确，其偏差对桁架端节点的局部受力影响较大，故应严格控制。如果是三角形屋架，受荷后，下弦伸长较多，滚动支座的水平位移往往较大，因此支座垫板应有足够的尺寸。
桁架试验加荷方法可采用实物加荷（如用屋面板等，多用于现场鉴定性试验），也可采用吊篮加荷（多用于组合屋架或木屋架试验），但一般多采用同步液压系统加荷，试验时应使桁架受力稳定、对称、防止出平面失稳破坏，同时还要充分估计液压系统中液压缸（或千斤顶）的有效行程，防止因行程不足而影响试验的进行。
桁架的加载形式当不能与设计要求相符时，亦可采用等效荷载代换，但应验算，使主要受力构件或部位的内力接近设计情况，还应注意荷载改变后可能引起的局部影响，防止产生局部破坏。
观测项目一般有强度。挠度和杆件内力等。测量挠度，可采用挠度计或精密水准仪，测点一般布置于下弦节点。为测量支座沉陷，在桁架两支座的中心线上应安装垂直方向的位移计。另外还需在下弦两端安装两个水平方向的位移计，以测量在荷载作用下固支和滚支的水平位移值。杆件内力测量，可用电阻应变片或接触式应变计，其安装位置随杆件受力条件和测量要求而定。
荷载分级可参照梁的实验。
桁架试验由于荷载点高，加荷过程中要特别注意安全，作破坏试验时，应根据预先估计的可能破坏情况设置防护支撑，以防损坏仪器设备和造成人身事故。
本试验采用缩尺钢桁架作非破坏试验，以达到学习的目的。其试验装置如图2所示，采用中点加载，用手动千斤顶施加，用测力传感器控制荷载值，由电子秤显示。
杆件应变测量点均设置在每一杆件的中间区段，电阻应变片贴在截面的重心连线上，见图3.
图3 T 型截面轴向应变测点的布置
在水平杆1的支座处装倾角仪，测量在各级荷载下的转角变化。
挠度测点均布置在桁架下弦节点上，同时支座处尚应装置百分表测量沉降值及侧移值。 四、试验步骤
1. 检查试件和试验装置，装上仪表。电阻片已预先贴好，只需检查阻值和接线测量。 2. 加2KN 、4KN 荷载，作预载试验，测取读数，检查装置、试件和仪表工作是否正常，然后卸载，把发现的问题及时排除。
3. 仪表重新调零，记取初读数，作好记录和描绘试验曲线的准备。
4. 正式试验。采用6级加载，每级5KN ，每级停歇时间5分钟，停歇的中间时间读数。 5. 满载为30KN ，满载后停10分钟卸载，并记下读数。 6. 正式试验重复两次。 五、试验桁架理论计算 由结构力学知识，可推得 1． 桁架各杆件内力见图
4
图4 试验桁架内力图
2． 桁架上弦A 、B 、C 节点的位移系数及1杆的转角系数
fc=
θA =
21902. 05P
EA 48. 25P EI
=θB
式中 A ——实测杆件的截面面积；
E ——杆件材料的弹性模量。理论值E=2×105Mpa 3. 支座沉降影响对挠度的修正（见教材）
六、思考题：
（1）测试中有无异常现象，分析其原因，你是如何解决的？
（2）从本次实验中能否得到杆件弹性模量实测值？若能需作何种假设条件？ （3）本桁架共有13根杆件是否经济合理？
（4）测点（应变片）布置是否经济合理，你认为如何布点更好？
实验报告
试验日期： 年 月 日 地点： 小组人员：
1、试件及测点布置
应变片贴在杆1~杆13中段截面形心处。 竖向百分表按放在A 、B 、C 节点处。
2. 加载设备与测试仪器
3. 加载程序图
4. 试验数据记录表
荷载—应变记录表
荷载—位移（转角）记录数
5. 实验数据整理和分析
（1）桁架上弦A 、B 、C 节点的荷载—挠度分析。 a. 绘出各级荷载下桁架整体竖向变形图（下左图）
b. 分别绘出各级荷载下A 、C 点p-f 试验曲线和理论曲线（上右图） c. 满载条件下A 、B 、C 点试验值与理论值如下表 挠度理论计算式
（2）桁架上弦杆1的转角分析
a. 绘出上弦杆1在各级荷载下荷载—转角（P-Ө）试验曲线和理论曲线。
b. 各级荷载下杆1转角实测值与理论值的差异，如下表 杆1转角理论计算式：
（3）桁架各杆的内力分析
满载条件下各杆实测内力值可由应变值按下式求得
N i =ζi A i =EAεi =
各杆实测内力值与理论值比较如下表
6. 结果分析与讨论
试验六 简支三角形钢桁架非破坏试验
一、试验目的
1． 进一步学习和掌握几种常用仪器仪表的性能、安装和使用方法。
2． 通过对桁架节点位移、杆件内力、支座处上弦杆转角的测量对桁架结构的工作性能作出分析，并验证理论计算的准确性。 二、试件、试验设备和仪器
1． 试件——钢桁架，跨度4.2m ，各杆采用等边角钢2∠30×3，（截面积A=2×
22
174.9=349.8mm，材料弹性模量E=200KN／mm ），节点板厚δ=4mm。测点布置见图1
所示。
图1 试验桁架测点布置图
∠ — 倾角仪 — — 电阻应变仪
—挠度计
2． 试验加载设备——千斤顶、测力传感器和荷载显示器。试验装置图见图2所示。
图2 钢桁架试验装置图
1-反力架 2-电子秤 3-千斤顶 4-测力传感器 5-静态电阻应变仪 6-电阻应变片 3． 静态电阻应变仪（TJ-28型，两套） 4． 百分表及支架。 5． 倾角仪。
三．试验方案
桁架试验一般多采用垂直加载方式，由于桁架出平面刚度较弱，安装时必须采用专门措施，设置侧向支撑，以保证桁架上弦的侧向稳定。侧向支撑点的位置应根据设计要求确定，支撑点的间距应不大于上弦出平面的设计计算长度。同时侧向支撑应不妨碍桁架在其平面内的位移。
桁架试验时支座的构造可以采用梁试验的支承方法，支承中心线的位置需准确，其偏差对桁架端节点的局部受力影响较大，故应严格控制。如果是三角形屋架，受荷后，下弦伸长较多，滚动支座的水平位移往往较大，因此支座垫板应有足够的尺寸。
桁架试验加荷方法可采用实物加荷（如用屋面板等，多用于现场鉴定性试验），也可采用吊篮加荷（多用于组合屋架或木屋架试验），但一般多采用同步液压系统加荷，试验时应使桁架受力稳定、对称、防止出平面失稳破坏，同时还要充分估计液压系统中液压缸（或千斤顶）的有效行程，防止因行程不足而影响试验的进行。
桁架的加载形式当不能与设计要求相符时，亦可采用等效荷载代换，但应验算，使主要受力构件或部位的内力接近设计情况，还应注意荷载改变后可能引起的局部影响，防止产生局部破坏。
观测项目一般有强度。挠度和杆件内力等。测量挠度，可采用挠度计或精密水准仪，测点一般布置于下弦节点。为测量支座沉陷，在桁架两支座的中心线上应安装垂直方向的位移计。另外还需在下弦两端安装两个水平方向的位移计，以测量在荷载作用下固支和滚支的水平位移值。杆件内力测量，可用电阻应变片或接触式应变计，其安装位置随杆件受力条件和测量要求而定。
荷载分级可参照梁的实验。
桁架试验由于荷载点高，加荷过程中要特别注意安全，作破坏试验时，应根据预先估计的可能破坏情况设置防护支撑，以防损坏仪器设备和造成人身事故。
本试验采用缩尺钢桁架作非破坏试验，以达到学习的目的。其试验装置如图2所示，采用中点加载，用手动千斤顶施加，用测力传感器控制荷载值，由电子秤显示。
杆件应变测量点均设置在每一杆件的中间区段，电阻应变片贴在截面的重心连线上，见图3.
图3 T 型截面轴向应变测点的布置
在水平杆1的支座处装倾角仪，测量在各级荷载下的转角变化。
挠度测点均布置在桁架下弦节点上，同时支座处尚应装置百分表测量沉降值及侧移值。 四、试验步骤
1. 检查试件和试验装置，装上仪表。电阻片已预先贴好，只需检查阻值和接线测量。 2. 加2KN 、4KN 荷载，作预载试验，测取读数，检查装置、试件和仪表工作是否正常，然后卸载，把发现的问题及时排除。
3. 仪表重新调零，记取初读数，作好记录和描绘试验曲线的准备。
4. 正式试验。采用6级加载，每级5KN ，每级停歇时间5分钟，停歇的中间时间读数。 5. 满载为30KN ，满载后停10分钟卸载，并记下读数。 6. 正式试验重复两次。 五、试验桁架理论计算 由结构力学知识，可推得 1． 桁架各杆件内力见图
4
图4 试验桁架内力图
2． 桁架上弦A 、B 、C 节点的位移系数及1杆的转角系数
fc=
θA =
21902. 05P
EA 48. 25P EI
=θB
式中 A ——实测杆件的截面面积；
E ——杆件材料的弹性模量。理论值E=2×105Mpa 3. 支座沉降影响对挠度的修正（见教材）
六、思考题：
（1）测试中有无异常现象，分析其原因，你是如何解决的？
（2）从本次实验中能否得到杆件弹性模量实测值？若能需作何种假设条件？ （3）本桁架共有13根杆件是否经济合理？
（4）测点（应变片）布置是否经济合理，你认为如何布点更好？
实验报告
试验日期： 年 月 日 地点： 小组人员：
1、试件及测点布置
应变片贴在杆1~杆13中段截面形心处。 竖向百分表按放在A 、B 、C 节点处。
2. 加载设备与测试仪器
3. 加载程序图
4. 试验数据记录表
荷载—应变记录表
荷载—位移（转角）记录数
5. 实验数据整理和分析
（1）桁架上弦A 、B 、C 节点的荷载—挠度分析。 a. 绘出各级荷载下桁架整体竖向变形图（下左图）
b. 分别绘出各级荷载下A 、C 点p-f 试验曲线和理论曲线（上右图） c. 满载条件下A 、B 、C 点试验值与理论值如下表 挠度理论计算式
（2）桁架上弦杆1的转角分析
a. 绘出上弦杆1在各级荷载下荷载—转角（P-Ө）试验曲线和理论曲线。
b. 各级荷载下杆1转角实测值与理论值的差异，如下表 杆1转角理论计算式：
（3）桁架各杆的内力分析
满载条件下各杆实测内力值可由应变值按下式求得
N i =ζi A i =EAεi =
各杆实测内力值与理论值比较如下表
6. 结果分析与讨论