弹性铰支梁受力性能试验分析

史三元 刘克昭 吴 超

(河北工程大学土木工程学院，河北邯郸 056038)

0 引言

用实验方法研究弹性铰支梁在竖向荷载作用下的弹性受力全过程。深入理解弹性计算理论，理解弹性铰支梁的受力特征和设计要点。深入研究该试验涉及的概念问题。掌握结构试验的方法，根据试验检测所建立的理论计算模型的正确性。

1 实验设计

1.1 试验假设

1)假设集中荷载作用下梁的变形符合平截面假定;2)假设两端弹性铰支梁的受力在弹性范围内;3)假定弹性铰支梁受压区的压应力均匀分布。

1.2 理论计算

1)理论实验设计。理论选取两个相同高度支座，两个支座与钢梁的交接处用两个钢板和一个滚轴通过四根螺栓垂直连接而成，试件设计见图1。

钢梁选用槽钢[18，并设定两个支座间的距离为L，即梁的有效长度为L，其中槽钢的弹性模量为E，连接钢梁与支座的上下两个螺栓间的距离为a，支座外端螺栓与滚轴间的距离为b，螺栓的直径为d。

2)建立理论计算模型(见图2)。

3)当梁受到荷载作用时将会发生弯曲，并在支座处翘起，从而使支座处的螺栓受力。

由杆件的轴力、抗拉刚度、伸长量:

a.建立等式如下所示:

其中，N为螺栓所受的轴力;a为螺栓的计算长度;A为螺栓的有效面积。

b.可以根据几何关系求梁在支座处的转角θ:由图3的几何关系可以得:

根据位移法可以求得支座处的转角。

2 实验实施

2.1 实验准备

前期试验中要用到螺栓和钢梁。受拉材料为螺栓，受弯材料为钢梁。其中螺栓的直径有小直径5.5 mm、中直径7.5 mm、大直径11.5 mm三种规格。

本实验采用小直径5.5 mm、中直径7.5 mm、大直径11.5 mm三种规格的螺栓。要测定所选用材料的强度，需到材料试验室测定强度。

2.2 设计

本组的装置是模拟两端弹性铰支梁的简易装置，采用两个型钢当支座[2-4]，两端弹性铰支梁。两个型钢都是上方用钢板与螺栓连接成铰支座，模拟两端弹性铰支梁。

1)重力加载就是利用重物加于结构上作为荷载。本实验采用的就是此类加载方法。每隔一定时间就加载24 kg重的铸铁块，待机械式百分表的数据稳定后再次加载铸铁块，直至加载到第八级荷载。2)本试验要测量位移值。所采用的仪器是手持位移计。结构表面的测点应按照仪器量测之间的距离进行设置，试件的伸长由装在骨架上的百分表来测读。每加载一次就用百分表测量其位移值，并以表格的形式记录下来。3)本组用到的试件是模拟两端弹性铰梁。在跨中施加一个集中力，梁的两端与支座处用螺栓进行连接，梁两端采用相同的螺栓连接。

2.3 试验加载

试验加载点如图4所示。

1)将一个吊篮吊在弹性铰支梁的中点处，每次吊篮上施加一个铸铁块，然后观察现象，待稳定后用记录位移计的值，记录下数据，并整理成表格。

2)实验所得转角与理论计算所得转角的关系比较，如图5所示。

3 试验结论

本次试验通过试验数据和理论计算结果以及曲线图的对比得出以下结论:

1)通过对弹性铰支座梁的内力计算以及支座处转角的计算，从试验荷载与转角和理论荷载与转角关系的曲线对比，理论计算结果与实验结果基本上是相吻合的，理论计算模型的简化计算与实际工程相符合。

2)通过在试验的过程中，对梁的弹性模量以及梁的计算跨度的增加，弹性梁支座处的转角在加载的过程中随之减小，随着槽型钢的截面尺寸以及梁的计算跨度的增加，弹性铰支座梁趋近于两端固支梁。

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