July 2003 Archives

桁架破坏试验的观察报道  

这个是每一届的土木工程专业都有的内容,今天是最后的评测。
我在那里看了5个班的作品,到现在最强的是2160N ,质荷比是21左右。
不知道上几届的结果怎么样?师兄们来说一下。

看了30-40组桁架,自身质量一般是75g-120g,大多是90g左右,大部分是三角形式的和门式的,也有类似于铁路桥那种梯形结构的。单层的较多,双层的有几个小组做,尽管理论计算上双层的会比较好一些,但是限于材料和做工,节点较多的双层结构一般成绩不算很突出,没能体现出整体结构的优势来。

在空间结构上一般是两个相同的平面桁架平行的并列起来。也有两组是做的四棱锥的形式,成绩也很好,在1400N左右。设计基本上都比较雷同,主体的受力体系都是类似的,成绩的好坏主要是取决于对做工和对节点的处理加固。木材本身的材质也不好,而且参差不齐,所以会出来几乎相同的结构最终的破坏强度差距很大的情况。

各个桁架的破坏情况一般都是在节点处破坏。以中央的主立柱的下节点,就是施加荷载的节点破坏最多,大部分是属于脱胶。比较成功的小组一般都做好了主要节点的保护和加强,主要的手段一是增大粘合面,具体包括在外面增加贴片,在节点楔入小木楔,小木楔的楔入同时也起到了支撑和加固的作用。

第二种方式就是利用材料本身的强度,在构成节点的的杆件上做互相切合的槽扣,或者附加一些起固定抵制作用的木块。保证节点的强度。也有小组想到了利用绳索加固的方案。但是一般都没有明显的效果,因为设计者忽略了绳索和木材的柔度,在绳索超过柔度并被绷紧受力之前,木材的变形已经足够使节点崩坏了。

同时也有相当部分是因为空间结构的扭曲和侧向的滑移被破坏的。主要原因是只注意了单个平面桁架在竖直方向的强度,而忽略了受力变形的不均匀产生的横向应力。可能是受平时训练的影响,设计者的思想大多非常理想化,但是由于做工上的原因或者材料自身的原因,往往造成尺寸和形变有微小的差异,不是绝对的等长,因此也不是绝对的垂直或者水平。

一些在理论计算中受力很小的因而设计得比较薄弱的杆件,可能会有相当大的应力,而且这种应力一般都是非轴向,非对称的,具有相当的破坏性。设计时,大部分桁架都采用了等强度设计,希望最后的破坏是同时发生。以取得最大的荷载。试验中的实际情况很少有达到这一理想情况的,因为微小瑕疵使得某些节点远比其他节点薄弱,因而最早发生破坏,浪费了其他节点的强度。

还有一种情况是,注意了对主要受力节点的加强,甚至是过于加强,最终的破坏并非如预期的是发生在这些节点上,而是在其他的杆件或者节点。

有几个比较成功的小组,给人的印象比较深刻。

1 受力2160N,其实这个桁架在结构上并没有什么特别过人之处,取的如此的好成绩,主要还是因为对节点的加固处理得当,而且做工尺寸准确,上面说到的各种加强手段都有使用,而且特别给人印象深刻的它对绳索加固的利用,这几乎是唯一成功的一个例子,当然也是有它成功的原因的。

其他采用绳索加固的小组一般的思想是捆绑或者悬挂,这两种实现方式都会因绳索自身的柔度是作用大打折扣。这个桁架采用了相当有创意的方式。制作者利用针在节点的木材上穿洞,把尼龙渔线从中传过,仅仅跨越节头之后从另一杆件穿回,形成一个类似铆钉的结构,因为线的长度很小,所以柔度也很小,而且因为是镶嵌在木质中的,所以起到了很到的加固作用,该桁架的节点加固相当成功。

最终的破坏也不是在节点上,而是因为空间横方向上的强度不足,制作者在两平面桁架之间的连接和稳定上没有采用什么特别的措施,甚至只是采用了很少的横向连接杆。这也是受理想化思维的影响,认为都是竖直受力,横向仅需固定即可。如果在制作的时候能考虑好横向的受力,荷载值还有上升的空间。

2 受力1280N  这一小组的特点是简洁,采用了空间四棱锥的结构,形式很美观,所费材料也相当少,仅73g,虽然1280N的成绩不算特别突出,但是荷质比超过17,也算非常优秀。破坏是在四棱锥的顶点处,表现为外贴衬片破裂。一方面是因为衬片自身的材料强度不够,一方面也是对顶点的加强做的不是很完善,

制作者在顶点处并未填加起加强作用的木楔,致使衬片不得不承受很大的拉应力,而且衬片的方向选择不好,最后衬片是被横蚊拉裂的,如果采用顺蚊的贴法,会有一些提高,该小组可能比较注重美观(几个MM做的)舍弃了一些增加冗余度的杆件。也是使锥型顶点受力较大的原因。基本上这个桁架达到设计的最佳效果。而且在轻质和美观上确实非常突出。


我们小组的成绩是990N  接近10的比值,应该是中等偏下的水平。

我们的桁架破坏情况相当意外,是在下主梁一个受拉节点处拉脱,节点本身并未破坏,而是木材材质起皮被拉脱。主要破坏原因应该是材料问题、还未能真正考验到我们桁架的结构。因此也无法知道我们的设计在结构上是否确实合理。有点遗憾。

About this Archive

This page is an archive of entries from July 2003 listed from newest to oldest.

November 2002 is the previous archive.

August 2003 is the next archive.

Find recent content on the main index or look in the archives to find all content.