H型截面軸心受壓柱實(shí)驗(yàn)報告

1、H型截面軸心受壓柱實(shí)驗(yàn)報告學(xué)號：姓名：任課老師:實(shí)驗(yàn)老師：實(shí)驗(yàn)日期：2012年03月30日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、通過試驗(yàn)掌握鋼構(gòu)件的試驗(yàn)方法，包括試件設(shè)計、加載裝置設(shè)計、測點(diǎn)布置、試驗(yàn)結(jié)果整理等方 法。2、通過試驗(yàn)觀察十字型截面軸心受壓柱的失穩(wěn)過程和失穩(wěn)模式。3、將理論極限承載力和實(shí)測承載力進(jìn)行對比，加深對軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)計算公式的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、基本微分方程根據(jù)開口薄壁桿件理論，具有初始缺陷的軸心壓桿的彈性微分方程為：2、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)歐拉荷載H型截面為雙軸對稱截面，因其剪力中心和形心重合，有x0：y0： :0,代入上式可得：Elx(vv vv)Nvn =o(a)iv ivnEly(u -

2、Uo) Nu =0(5)El.(d,v -呼)-Git (y ) rfNJ -Rdn =0(c)說明H型雙軸對稱截面軸心壓桿在彈性階段工作時，三個微分方程是相互獨(dú)立的，可分別單獨(dú)研 究。在彈塑性階段，當(dāng)研究Q)式時，只要截面上的產(chǎn)于應(yīng)力對稱與丫軸，同時又有U0=0和入二0, 貝U該式將始終和其他兩式無關(guān)，可單獨(dú)研究。這樣，壓桿將只發(fā)生丫方向的位移，整體失穩(wěn)呈彎曲變形狀態(tài)，稱為彎曲失穩(wěn)。這樣，式(b)也是彎曲失穩(wěn)，只是彎曲失穩(wěn)的方向 不同而已。對于式(c),如果殘余應(yīng)力對稱與X軸和丫軸分布，同時假定，U0和0=0則壓桿將只發(fā)生繞Z軸的轉(zhuǎn)動，失穩(wěn)時桿件呈扭轉(zhuǎn)變形狀態(tài)，稱為扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)對于理想壓桿，則有

3、上面三式可分別求得十字型截面壓桿的歐拉荷載為:仃？EIjt 2EI繞X軸彎曲失穩(wěn)：NeX Ex 丁丄 繞丫軸彎曲失穩(wěn)：Ney-oy lox繞Z軸扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)：Ne，Git)鼻訕 r。H字型截面壓桿的計算長度和長細(xì)比為：繞X軸彎曲失穩(wěn)計算長度:lox Axlo,長細(xì)比X = lox / ix繞丫軸彎曲失穩(wěn)計算長度：ly = yl。，長細(xì)比，y= oy/iy繞Z軸扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)計算長度:L十”丄,端部不能扭轉(zhuǎn)也不能翹曲時冷-05,長細(xì)比11 Gif1o 入 二 EAr上述長細(xì)比均可化為相對長細(xì)比：313、穩(wěn)定性系數(shù)計算公式H字型截面壓桿的彎曲失穩(wěn)極限承載力:根據(jù)歐拉公式New-佩利公式：二cr(r； o)f

4、y +CI + U2h2E再由公式可算出軸心壓桿的穩(wěn)定性系數(shù)。y4、柱子孑7曲線三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計：1、試件設(shè)計(1) 試件截面(卜形截面)h x b x tx t= 100 x 60 x 4.0 x 4.0mm ；(2) 試件長度：L= 1300mm ;(3) 鋼材牌號：Q235B ;(4) 試件立面、截面如圖：(5 )試件設(shè)計時考慮的因素1) 充分考慮實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計構(gòu)件的破壞形式為沿弱軸彎曲失穩(wěn)；2) 合理設(shè)計構(gòu)件的尺寸，使其能夠在加載儀器上加載；3) 考慮一定經(jīng)濟(jì)性。2、支座設(shè)計(1) 雙刀口支座圖(2) 支座設(shè)計原理雙刀口支座由3塊鋼板組成，中間一塊鋼板上表面開有橫槽，下表面開有縱槽；上鋼板

5、則設(shè)有一 道橫刀口，下鋼板設(shè)有一道縱刀口。將這3塊鋼板和在一起就組成了雙刀口支座，它在兩個方向都能很好的轉(zhuǎn)動。(3) 支座模擬的邊界條件實(shí)現(xiàn)雙向可滑動，模擬為雙向較支座。3、測點(diǎn)布置(1) 應(yīng)變片、位移計布置圖(2) 測點(diǎn)、通道對應(yīng)表：應(yīng)變片實(shí)際測點(diǎn)編號位移計實(shí)際測點(diǎn)編號S17 4D131 1S273D231 2S37 1D331 3S47_2荷載31_7(3) 應(yīng)變片和位移計布置原理。構(gòu)件跨中截面布置了應(yīng)變片和位移計。考慮到構(gòu)件是雙軸對稱截面，所 以會沿弱軸失穩(wěn)，將應(yīng) 變片貼在翼緣兩端，將位移計接在X,丫軸上。4、加載裝置設(shè)計(1 )加載方式一一千斤頂單調(diào)加載本試驗(yàn)中的時間均采用豎向放置。采

6、用油壓千斤頂和反力架施加豎向荷載。加載初期：分級加 載；每級荷載約10%Pu；時間間隔約2mino接近破壞：連續(xù)加載；合理控制加載速率；連續(xù)采集 數(shù)據(jù)。卸載階段：緩慢卸載。(2)加載裝置圖(3 )加載原理千斤頂在雙刀口支座上產(chǎn)生的具有一定面積的集中荷載通過刀口施加到試 件上，成為近似的線荷 載，在弱軸平面內(nèi)是為集中于軸線上的集中力。(4) 加載裝置模擬的荷載條件兩端較接的柱承受豎直軸心壓力荷載。四、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：1、試件截面實(shí)測實(shí)測值見下表：綜上，理論上承載力應(yīng)該在133.776183.810kN之間。五、試驗(yàn)結(jié)果初步分析1、試驗(yàn)現(xiàn)象(1) 加載初期：無明顯現(xiàn)象，隨著加載的上升，柱子的位移及應(yīng)變呈

7、線性變化，說明構(gòu)件處于彈性 階段。(2) 接近破壞：應(yīng)變不能保持線性發(fā)展，跨中截面繞弱軸方向位移急劇增大。(3) 破壞現(xiàn)象：柱子明顯彎曲，支座處刀口明顯偏向一側(cè)(可能已經(jīng)上下 刀口板已經(jīng)碰到),千斤 頂作用力無法繼續(xù)增加，試件繞弱軸方向失穩(wěn)，力不再 增大位移也急劇增加，說明構(gòu)件已經(jīng)達(dá)到了極限 承載力，無法繼續(xù)加載。卸 載后，有殘余應(yīng)變，說明構(gòu)件已經(jīng)發(fā)生了塑性變形。(4) 破壞模式：繞弱軸彎曲失穩(wěn)破壞。(5) 破壞照片：2、荷載應(yīng)變曲線3、荷載位移曲線；5、實(shí)測極限承載力比較實(shí)測極限承載大小為135.491 kN o1) 和歐拉公式比較：實(shí)測值小于歐拉荷載183.81 OkN2) 和規(guī)范公式比較

8、：實(shí)測值小于規(guī)范得出的極限荷載133.776kNo6、分析試驗(yàn)結(jié)果和理論值之間的差異，分析產(chǎn)生這種差異的原因。實(shí)測極限承載力為135.491 kN,小于歐拉荷載，大于規(guī)范公式計算結(jié)果。1) 歐拉公式是采用“理想彈性壓桿模型”,即假定桿件是等截面直桿，壓力的作用線與截面的形心 縱軸重合，材料是完全均勻和彈性的，沒有考慮構(gòu)件的初始缺陷如材料不均、初始偏心及初彎曲等的影 響，但在試驗(yàn)中不可能保證試件沒有缺陷，同時試件的加載也不可能完全處于軸線上，故實(shí)際承載力 低于歐拉公式算得力。2) 規(guī)范公式計算是在以初彎曲為1 /1000,選用不同的界面形式，不同的殘余應(yīng)力模式計算出近200 條柱子曲線。并使用數(shù)

9、理方程的統(tǒng)計方式，將這些曲線分成4組，公式采用了偏于安全的系數(shù)，在這個 過程中規(guī)范所考慮的初始缺陷影響小于此次實(shí)驗(yàn)，所以實(shí)驗(yàn)所得的承載力值小于計算值。六、試驗(yàn)結(jié)果深入分析1初偏心：由于制造、安裝誤差的存在，壓桿也一定存在不同程度的初偏心。初偏心對壓桿的影響與初 彎曲的十分相似，一是壓力一開始就產(chǎn)生撓曲，并隨荷載增大而增大；二是初偏心越大變形越大，承載 力越小；三是無論初偏心多小，它的臨界力Ncr永遠(yuǎn)小于歐拉臨界力N巳2殘余應(yīng)力：殘余應(yīng)力使部分截面區(qū)域提前屈服，從而削弱了構(gòu)件剛度，導(dǎo)致穩(wěn)定承載力下降。3、初彎曲：嚴(yán)格的講，桿件不可能直，在加工、制造、運(yùn)輸和安裝的過程中，不可避免的要形成不同 形式、不同