關於此實驗
建造一座必須承受荷載的橋梁。檢查每根桿件的軸力，移除一根斜桿，觀察框架何時變成機構。改變高度、跨度和桿件截面積，接著逐步增加荷載，同時觀察變形形狀的形成過程。本實驗透過求解一個小型剛度矩陣進行分析，而不是憑圖形外觀判斷強度。
學習目標
- 區分拉力、壓力和幾何機構
- 說明三角化為何能使鉸接框架穩定
- 理解桿件剛度與彈性模數、截面積和長度的關係
- 核對支承平衡是否與橋面所受總荷載相符
- 比較降伏與理想歐拉挫屈這兩種不同的桿件極限
使用方法
- 1執行預設荷載測試，檢查一根橘色桿件和一根藍色桿件，並記錄它們帶正負號的內力。
- 2選擇「切換桿件」並移除一根斜桿，或選擇「僅矩形」。說明為什麼機構無法回報彈性位移。
- 3恢復三角形結構。在跨度和荷載維持不變的情況下增加桁架高度，並比較位移和桿件內力。
- 4將桿件面積加倍，並重複相同的荷載測試。比較剛度、質量和抗壓承載力。
- 5將荷載移至支承點，再移回跨中。確認支承反力和變形的變化。
模型
假設
- 兩個相同的平面側桁架平均分擔垂直橋面荷載。橫向連接為理想連接；不計橋面和橫梁的質量及彎曲剛度。
- 桿件為直線軸力桿，採用鉸接接頭。假設位移很小、材料呈線彈性且沒有預應力。圖中會放大位移顯示，並為了便於閱讀而限制放大倍數。
- 桿件截面為實心圓形。密度固定為 7850 kg/m³，名義降伏應力固定為 250 MPa，而彈性模數可以獨立變動。這是參數實驗，不是材料目錄。
- 抗壓承載力取軸向降伏承載力與理想鉸接支承歐拉挫屈承載力中的較小值。不考慮初始缺陷、接合失效、側向支撐細節及挫屈後反應。
- 不穩定的剛度矩陣會被回報為機構。承載力比大於 1 表示彈性外推超出構件限值；此處不模擬實際斷裂或倒塌。
在課堂上試試這個實驗
- Q1即使剩餘桿件都非常剛，移除一根斜桿為什麼仍然重要？
- Q2為什麼受壓構件可能在材料達到降伏應力之前發生挫屈？
- Q3當荷載移至一端時，哪個支承反力會改變？
- Q4最輕且穩定的橋梁一定是承載力比最低的橋梁嗎？
常見問題
為什麼已刪除的構件仍隱約可見？
這些是用於復原的輔助標記。在重新啟用之前，它們不會產生剛度、質量或力。
放大後的形狀會改變力的計算結果嗎？
不會。所有力和毫米讀數均採用小位移解。放大只會影響圖形顯示。
這是橋梁設計核准工具嗎？
不是。這是一個理想化的課堂桁架模型，其破壞檢查範圍有明確限制；它不是結構設計標準，也不是施工規範。