桁架实验报告

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工程力学实验设计报告
专业:土木工程
班级:11班
组别:
姓名:张逸帆学号:090997
郭昊东090992
胡宗羽090995
徐天龙090994
设计构思与计算简图
我们开始想的结构可简化为下方图,由图可知:α=30°
我们本着“用最少的材料造出能承载最大的桁架”的原则,造出了如下结构,所有的节点都先用锯条锯成合适的截面,粘好之后再用不同形状的木片加固。

AD是一个主体,AE,AF,AB,AC都以界面的形式粘在AD上。

E,F两点是三根木条的交织点用胶水粘牢后,再补以木片就可以了。

BC也是很危险的,我们使用很大的截面粘接在一起的,成30-°
最危险的点要数D点了。

我们首先将AD与BC粘接在一起,之后补以AD两侧的条形木,再用木片粘接即可。

G,H两点遇上各处异曲同工。

图中AE,AF两根是用来固定BC的长杆的。

EG,FH是用来保证AB,AC压杆稳定的。

我们的宽处使用矩形为主体,用斜木造成三角形以求稳定的。

我们在每个节点处还用楔子把缝隙楔牢,粘好。

整体布局如下:(mm)
BC=500,
AB=AC=28.9,
AD=14.4
AE=AF=BE=FC=16.6
FH=GE=8.3
宽约100
理论计算与分析
1.内力分析:
如图所示,我们对于桁架受力分析如下:
设总荷载为P,作用在D,则
D点受力P/2.。

则由平面力系受力状态分析,结果如下,
由竖直方向受力平衡得到,B,C受力P/4.,他们是向上的支持力。

由水平方向受力平衡得到,BC受力0.433P, 它是向两侧的拉力。

A点水平方向和竖直方向受力平衡,得知,AB,AC受压内力P/2,都是压力,而在A,B,C三点都产生剪力,
其中,A点的剪力二者都是沿竖直方向,B,C两点的剪力都是沿水平方向。

A点的剪力是由AB杆的内力的竖直分量产生,同理,B,C两点的剪力是由AB杆的内力的水平分量产生。

AD杆所受力为P/2,恰与荷载平衡。

其中,D点是最危险点。

鉴于平面力系的平衡受力分析,理论上AE,AF为零杆,GE,FH亦为零杆。

那么他们真的不受力么?不是的。

这四根杆在理论计算时并不受力,但是当我们考虑到装配应力时,它们就会受力,会平衡一些扭转,弯矩的力。

再者,他们也是
用来确保压杆稳定的,当压杆受力变形时,他们必定要受力,只不过不算太大,
也无法计算,可其功能不容忽视。

2.应力状态分析:
由应力状态公式,应力=内力÷横截面积,得到,
对于AB 杆件:P/2/(0.8×0.8)=8MPa ×0.0001
对于BC 杆件:0.433P/(0.8×0.8)=8MPa ×0.0001
求解,取最小值,得出P 之多不超过的数值应该为1024N
下面再来计算剪切应力:
对于A 点,横截面积应该是1×0.8,则:
P/4/(1×0.8×0.0001)= 1MPa
对于B 点,横截面积应该是1.6×0.8:
1.732 P/4/(1.6×0.8×0.0001)= 1MPa
求解,取最小值,这次得出P 之多不超过的数值应该为295.6N
3.压杆稳定:
对于AB 杆,依公式,应该有:i=
=0.23, L=0.289 则
0.5L/i=63,MPa cr 0.7=σ
于是有,0.5896N 所以,综合以上各部,取最小值为最优解,理论上可载重295.6N 。

然而,预期实际在中必然要大于此值,因为本次试验设计所粘的胶水明显多于预期,且实验效果良好,那么,我们保守估计的数值只能算是一个理论计算的参考值。

制作过程介绍
1 用心与图纸比对
2 截取所需构建
3 标注构建长短
4 给构件编号
5 给节点涂胶水
6 节点的加固
7 打磨木头 8 成功做出一半
9 满是木屑 10 将两半粘结起来
11 主体部分完成 12截取加固用的木片
13 大功告成14 323智慧的结晶
实验数据与理论计算结果的比较 %6.5%1002
.1246|
2.12461316|=⨯-=E 14941316
==比强
在理论计算的时候我们都较为谨慎,粗木条的截面我们是按7mm ×7mm 来算的,实际应该比7mm 多一点点,所以最后的实验数据比理论计算的结果要大。

加载破坏现象分析
整个加载过程中力与位移曲线基本呈线性,说明我们的结构十分稳固,各节点都加固的不错,也没出现横向失稳的现象。

最终的破坏在下弦杆的中节点,因为节点两边我们小组都贴了木板,所以真正的破坏原因无法看到。

有以下两种可能:一、下弦杆的中节点脱胶;二、吊杆CD 在木板遮住的部分的某一段被拉坏。

如果是第一种情况,那我们以后制作需对节点进行更完善的加固,如果是第二种情况,在材料给的选取上,我们应该更仔细认真。

本次实验设计的心得体会
在经过了认知实习与短暂的休息,我们又踏上了制作工程力学桁架的旅途。

经过了数天的艰苦奋战,数天的打打闹闹。

我们的桁架终于千呼万唤始出来。

从初步设计到理论计算,再到动手制作和美化加工,我们花费了太多的时间和精力。

看着这凝聚着我们心血作品从起初纸张上的理论计算到最终实体成型,我们不禁感慨万千,既有着因做桁架而不能回家的难过,又有着因亲手完成处女作的喜悦。

桁架(truss )是由直杆组成的一般具有
三角形单元的平面或空间结构。

在荷载作用
下,桁架杆件主要承受轴向拉力或压力,从
而能充分利用材料的强度,在跨度较大时可
比实腹梁节省材料,减轻自重和增大刚度,
故适用于较大跨度的承重结构和高耸结构,
如屋架、桥梁、输电线路塔、卫星发射塔、
水工闸门、起重机架等。

常用的有钢桁架、
钢筋混凝土桁架、预应力混凝土桁架、木桁
架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。

桁架按外形分有三角形桁架、梯形桁架、多边形桁架、平行弦桁架,及空腹桁架。

在选择桁架形式时,应综合考虑桁架的用途、材料、支承方式和施工条件,在满足使用要求的前提下,力求制造和安装所用的材料和劳动量为最小。

在了解了桁架的定义以及它的初步作用后,我们首先通过理论计算进行桁架形式的设计。

在这个过程中,让我们体会到了与平时做力学题目完全不同的过程。

我们起初选择了与众不同的结构形式,希望能做出创新来吸引众人的眼球。

但在按照所学的力学知识对其进行计算时,不禁发现这样不仅浪费了材料,还不能起到我们预期的效
果。

为了使其能承受更大的
载荷,我们只能放弃了这个
设想。

经过我们的计算,发
现结构为最佳时,桁架变为
了三角架的形式,因此我们
选择了三角形桁架(在沿跨
度均匀分布的节点荷载下,上下弦杆的轴力在端点处最大,向跨中逐渐减少;腹杆的轴力则相反。

三角形桁架由于弦杆内力差别较大,材料消耗不够合理,多用于瓦屋面的屋架中)为我们的最终形式。

另外,我们宿舍的同学还应用了力学求解器进行计算,让我们体会到了电脑技术在我们专业的应用
给我们带来的便利。

以往我们做的力学题目,都是在已给的条件的框架内进行
计算,更多的是套用一些公式。

而这次的设计,没有太多的条件限制,可以让我们任意发挥。

并且这种学以致用的经历让我们对所学知识有了更深入的了解,对我们专业的设计过程也有了初步的认识。

设计完成之后,便是动手制作。

说实话,这的确是一个苦差事,既费体力又费脑力,最主要的问题就是危险性太大了。

一些看起来很简单的活,我们真正干起来才发现着实不易。

就像用美工刀割木条,我们寝室就有同学割破了手指,一下子就看见鲜血流了满手,把我们全寝室都吓了一大跳。

而一些桁架关键部位的处理,更是费了我们不少心思。

本以为可以做的很完美的桁架,在实际操作上竟然有了预应力,这真让我们感到十分的惆怅和悲伤。

我以为,这些实际操作大大锻炼了我们的动手能力以及在施工遇到问题时的思考能力,这些都是作为一名土木工程师所必不可少的。

这次制作的整个过程,我们小组分工明确,每个人都有任务,遇到问题时又发挥集体的智慧,集中讨论。

我们互相帮助、互相学习,我们从中体会到了团队合作的重要性。

只有每个人认真负责,相互之间密切合作,才能高效的制作出高质量的作品。

可以说,我们的桁架制作的相当精致,让我们有很大的成就感。

不管结果怎样,这都是我们辛勤劳动的成果,我们都引以为豪。