超靜定鋼架結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)截面及應(yīng)力分布規(guī)律測(cè)試

孔梓婷

【摘要】超靜定鋼架是建筑和機(jī)械工程中廣泛使用結(jié)構(gòu)形式，鋼架的內(nèi)力受到各種因素的影響。將超靜定鋼架在實(shí)際應(yīng)用中內(nèi)力的影響因素進(jìn)行簡化，在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用電測(cè)應(yīng)力法測(cè)出不同條件下的危險(xiǎn)截面彎矩，總結(jié)彎矩變化規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】鋼架;電測(cè)法;應(yīng)力;影響因素

一、引言

鋼架結(jié)構(gòu)由于其強(qiáng)度高、承載能力大、自重輕、剛度大等優(yōu)點(diǎn)在機(jī)械和建筑工程中廣泛應(yīng)用。實(shí)際應(yīng)用的鋼架結(jié)構(gòu)都是超靜定結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力受各種內(nèi)部、外部因素影響，而實(shí)際設(shè)計(jì)工作中一個(gè)最重要的部分就是對(duì)危險(xiǎn)截面的應(yīng)力進(jìn)行分析，從而選擇合適的截面。因此，研究危險(xiǎn)截面應(yīng)力及其影響因素具有重要的實(shí)際意義，為實(shí)際設(shè)計(jì)工作提供參考。

二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)制備

綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)如圖1所示，它由支撐鋼架、定位板、支座、加載系統(tǒng)、加載桿等組成。鋼架材料彈性模量為72GPa，截面尺寸為 。

圖1 試驗(yàn)裝置示意 ? ? ?圖2 試件尺寸及應(yīng)變片布置

2、加載方法

通過加載手輪可以在試件上部不同點(diǎn)施加大小不同的集中力，鋼架上部壓力傳感器測(cè)頭將所加載力的大小傳到測(cè)力計(jì)顯示屏上。試件左右兩側(cè)有預(yù)留的鋼絲穿孔，可將鋼絲穿過并固定，繞過支架右側(cè)定滑輪連接加載盤，當(dāng)模擬水平荷載時(shí)作用于試件上時(shí)，可在加載盤中加入一定質(zhì)量的砝碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件加載水平集中力。

3、應(yīng)變片粘貼

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及對(duì)理論彎矩圖的分析，可在鋼架上選定若干控制截面，在測(cè)點(diǎn)處打磨并用酒精擦拭干凈，劃好十字線，在應(yīng)變片反面滴上膠水，將應(yīng)變片立即貼在十字線的中心位置，并用手指隔著薄膜對(duì)應(yīng)變片輕壓，在應(yīng)變片旁邊用膠水貼上接線端子，將應(yīng)變片導(dǎo)線焊在接線端子上，用萬用表檢測(cè)是否短路，最后用導(dǎo)線通過接線端子連上應(yīng)變儀，應(yīng)變片布置見圖2，所選橋路為半橋互補(bǔ)連接方式。

三、危險(xiǎn)截面彎矩影響因素分析

1、支座種類對(duì)危險(xiǎn)截面的影響

圖3為不同受力方式下彎矩值隨支座種類變化的折線圖。當(dāng)支座為一端固定一段簡支時(shí)，彎矩值明顯大于其他三種情況，而其他三種連接方式彎矩值相近，說明支座連接方式對(duì)危險(xiǎn)截面彎矩值有加大影響，尤其是一端固定一段鉸接時(shí)彎矩較大。

2、荷載作用位置對(duì)危險(xiǎn)截面的影響

圖4為不同荷載作用點(diǎn)下彎矩值隨荷載作用點(diǎn)變化的折線圖。加力點(diǎn)的改變對(duì)彎矩值影響幅度較大，最大值是最小值的十倍左右。水平加載時(shí)危險(xiǎn)截面彎矩值普遍最大，兩點(diǎn)加載時(shí)彎矩最小，因此，適當(dāng)將集中力分散可以減小危險(xiǎn)截面彎矩值。

3、模擬裝配因素對(duì)危險(xiǎn)截面的影響

將鋼架連接處螺絲放松或擰緊，或在連接處墊上貼片，模擬實(shí)際工程中裝配情況的不同，選擇中間對(duì)稱加載方式，測(cè)出危險(xiǎn)截面的彎矩值，與第一次正常狀態(tài)的彎矩值進(jìn)行比較，圖5所示為兩次不同加載情況下危險(xiǎn)截面彎矩值變化曲線。將螺絲松開一定程度后所測(cè)量的彎矩值與理論值均相差在50%以上，有的達(dá)到140%，可見裝配精度對(duì)鋼架內(nèi)力的影響很大，因此在實(shí)際工程中，應(yīng)嚴(yán)格控制裝配過程，并且零件的制作要有足夠的精度，盡量減小裝配對(duì)內(nèi)力的影響。

四、結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)可知，超靜定鋼架支座連接方式、荷載的作用方式以及裝配精度都對(duì)危險(xiǎn)截面內(nèi)力值有較大影響，尤其是當(dāng)存在簡支支座時(shí)，危險(xiǎn)截面應(yīng)力變化幅度明顯大于鉸接和固定端連接。將集中荷載分散于不同作用點(diǎn)可以很大程度上減小鋼架危險(xiǎn)截面的內(nèi)力值。裝配因素對(duì)危險(xiǎn)截面內(nèi)力的影響因素不可忽視，在實(shí)際工程裝配中提高裝配精度，避免因螺栓連接、試件制作誤差等因素對(duì)鋼架內(nèi)力帶來的不利影響。

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