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

孔梓婷

【摘要】超靜定鋼架是建筑和機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。將超靜定鋼架在實際應(yīng)用中內(nèi)力的影響因素進(jìn)行簡化，在實驗室中應(yīng)用電測應(yīng)力法測出不同條件下的危險截面彎矩，總結(jié)彎矩變化規(guī)律。

【關(guān)鍵詞】鋼架;電測法;應(yīng)力;影響因素

一、引言

鋼架結(jié)構(gòu)由于其強度高、承載能力大、自重輕、剛度大等優(yōu)點在機械和建筑工程中廣泛應(yīng)用。實際應(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，而實際設(shè)計工作中一個最重要的部分就是對危險截面的應(yīng)力進(jìn)行分析，從而選擇合適的截面。因此，研究危險截面應(yīng)力及其影響因素具有重要的實際意義，為實際設(shè)計工作提供參考。

二、實驗準(zhǔn)備

1、實驗平臺制備

綜合實驗平臺結(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施加大小不同的集中力，鋼架上部壓力傳感器測頭將所加載力的大小傳到測力計顯示屏上。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)模擬水平荷載時作用于試件上時，可在加載盤中加入一定質(zhì)量的砝碼，實現(xiàn)對試件加載水平集中力。

3、應(yīng)變片粘貼

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點以及對理論彎矩圖的分析，可在鋼架上選定若干控制截面，在測點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連接方式。

三、危險截面彎矩影響因素分析

1、支座種類對危險截面的影響

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，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危險截面彎矩值有加大影響，尤其是一端固定一段鉸接時彎矩較大。

2、荷載作用位置對危險截面的影響

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

3、模擬裝配因素對危險截面的影響

將鋼架連接處螺絲放松或擰緊，或在連接處墊上貼片，模擬實際工程中裝配情況的不同，選擇中間對稱加載方式，測出危險截面的彎矩值，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截面彎矩值變化曲線。將螺絲松開一定程度后所測量的彎矩值與理論值均相差在50%以上，有的達(dá)到140%，可見裝配精度對鋼架內(nèi)力的影響很大，因此在實際工程中，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，盡量減小裝配對內(nèi)力的影響。

四、結(jié)論

由實驗可知，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危險截面內(nèi)力值有較大影響，尤其是當(dāng)存在簡支支座時，危險截面應(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可以很大程度上減小鋼架危險截面的內(nèi)力值。裝配因素對危險截面內(nèi)力的影響因素不可忽視，在實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鋼架內(nèi)力帶來的不利影響。

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