[教学]：桁架破坏试验的观察报道

天际孤舟

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