超静定钢架结构的危险截面及应力分布规律测试

孔梓婷

【摘要】超静定钢架是建筑和机械工程中广泛使用结构形式，钢架的内力受到各种因素的影响。将超静定钢架在实际应用中内力的影响因素进行简化，在实验室中应用电测应力法测出不同条件下的危险截面弯矩，总结弯矩变化规律。

【关键词】钢架;电测法;应力;影响因素

一、引言

钢架结构由于其强度高、承载能力大、自重轻、刚度大等优点在机械和建筑工程中广泛应用。实际应用的钢架结构都是超静定结构，其内力受各种内部、外部因素影响，而实际设计工作中一个最重要的部分就是对危险截面的应力进行分析，从而选择合适的截面。因此，研究危险截面应力及其影响因素具有重要的实际意义，为实际设计工作提供参考。

二、实验准备

1、实验平台制备

综合实验平台结如图1所示，它由支撑钢架、定位板、支座、加载系统、加载杆等组成。钢架材料弹性模量为72GPa，截面尺寸为 。

图1 试验装置示意      图2 试件尺寸及应变片布置

2、加载方法

通过加载手轮可以在试件上部不同点施加大小不同的集中力，钢架上部压力传感器测头将所加载力的大小传到测力计显示屏上。试件左右两侧有预留的钢丝穿孔，可将钢丝穿过并固定，绕过支架右侧定滑轮连接加载盘，当模拟水平荷载时作用于试件上时，可在加载盘中加入一定质量的砝码，实现对试件加载水平集中力。

3、应变片粘贴

根据结构特点以及对理论弯矩图的分析，可在钢架上选定若干控制截面，在测点处打磨并用酒精擦拭干净，划好十字线，在应变片反面滴上胶水，将应变片立即贴在十字线的中心位置，并用手指隔着薄膜对应变片轻压，在应变片旁边用胶水贴上接线端子，将应变片导线焊在接线端子上，用万用表检测是否短路，最后用导线通过接线端子连上应变仪，应变片布置见图2，所选桥路为半桥互补连接方式。

三、危险截面弯矩影响因素分析

1、支座种类对危险截面的影响

图3为不同受力方式下弯矩值随支座种类变化的折线图。当支座为一端固定一段简支时，弯矩值明显大于其他三种情况，而其他三种连接方式弯矩值相近，说明支座连接方式对危险截面弯矩值有加大影响，尤其是一端固定一段铰接时弯矩较大。

2、荷载作用位置对危险截面的影响

图4为不同荷载作用点下弯矩值随荷载作用点变化的折线图。加力点的改变对弯矩值影响幅度较大，最大值是最小值的十倍左右。水平加载时危险截面弯矩值普遍最大，两点加载时弯矩最小，因此，适当将集中力分散可以减小危险截面弯矩值。

3、模拟装配因素对危险截面的影响

将钢架连接处螺丝放松或拧紧，或在连接处垫上贴片，模拟实际工程中装配情况的不同，选择中间对称加载方式，测出危险截面的弯矩值，与第一次正常状态的弯矩值进行比较，图5所示为两次不同加载情况下危险截面弯矩值变化曲线。将螺丝松开一定程度后所测量的弯矩值与理论值均相差在50%以上，有的达到140%，可见装配精度对钢架内力的影响很大，因此在实际工程中，应严格控制装配过程，并且零件的制作要有足够的精度，尽量减小装配对内力的影响。

四、结论

由实验可知，超静定钢架支座连接方式、荷载的作用方式以及装配精度都对危险截面内力值有较大影响，尤其是当存在简支支座时，危险截面应力变化幅度明显大于铰接和固定端连接。将集中荷载分散于不同作用点可以很大程度上减小钢架危险截面的内力值。装配因素对危险截面内力的影响因素不可忽视，在实际工程装配中提高装配精度，避免因螺栓连接、试件制作误差等因素对钢架内力带来的不利影响。

【参考文献】

[1] 董  伟. 电阻应变片粘贴技巧[J]. 山西建筑， 2011，37（28）：46-48.

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