同濟大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)基本原理試驗H型截面軸心受壓柱實驗報告論文資料

1、H型截面軸心受壓柱實驗報告學(xué)號：姓名： 任課老師：實驗老師：實驗日期：2012年03月30日一、實驗?zāi)康模?、通過試驗掌握鋼構(gòu)件的試驗方法，包括試件設(shè)計、加載裝置設(shè)計、測點布置、試驗結(jié)果整理等方法。2、通過試驗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測承載力進行對比，加深對軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)計算公式的理解。二、實驗原理：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： (a) (b) (c)說明H型雙軸對稱截面軸心壓桿在彈性階

2、段工作時，三個微分方程是相互獨立的，可分別單獨研究。在彈塑性階段，當研究（a）式時，只要截面上的產(chǎn)于應(yīng)力對稱與 Y軸，同時又有和，則該式將始終和其他兩式無關(guān)，可單獨研究。這樣，壓桿將只發(fā)生Y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 Y軸分布，同時假定，和則壓桿將只發(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，則有上面三式可分別求得十字型截面壓桿的歐拉荷載為：繞X軸彎曲失穩(wěn)：，繞Y軸彎曲失穩(wěn)：繞Z軸扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)：H字型截面壓桿的計算長度和長細比為：繞 X軸彎曲失穩(wěn)計算

3、長度：，長細比繞Y軸彎曲失穩(wěn)計算長度：，長細比繞Z軸扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)計算長度：，端部不能扭轉(zhuǎn)也不能翹曲時，長細比上述長細比均可化為相對長細比：3、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)歐拉公式得佩利公式：再由公式可算出軸心壓桿的穩(wěn)定性系數(shù)。4、柱子曲線當當三、實驗設(shè)計：1、試件設(shè)計（1）試件截面（H形截面）hbtwtf100604.04.0mm；（2）試件長度：L1300mm；（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) 充分考慮實驗?zāi)康模O(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)

4、濟性。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現(xiàn)雙向可滑動，模擬為雙向鉸支座。3、測點布置（1）應(yīng)變片、位移計布置圖（2） 測點、通道對應(yīng)表：應(yīng)變片實際測點編號位移計實際測點編號S17_4D131_1S27_3D231_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?？紤]到構(gòu)件是雙軸對稱截面，所以會沿弱軸失穩(wěn)，將

5、應(yīng)變片貼在翼緣兩端，將位移計接在X,Y軸上。4、加載裝置設(shè)計（1）加載方式千斤頂單調(diào)加載本試驗中的時間均采用豎向放置。采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2min。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鉸接的柱承受豎直軸心壓力荷載。四、實驗準備：1、試件截面實測實測值見下表：實測截面平均值截面1截面2截面3截面高度Hmm10

6、4.30 103.22 105.44 104.25 截面寬度Bmm60.7661.29 60.3860.63 腹板厚度Twmm4.00 4.00 4.00 4.00 翼緣厚度Tfmm4.24 4.424.144.15試件長度Lmm1200.00 1200.00 1200.00 1200.00 刀口厚度mm36.00 36.00 36.00 36.00 計算長度mm1272.00 材性試驗屈服強度fyMPa267.00 彈性模量EMPa206000.00 實際截面性質(zhì)：截面規(guī)格截面高度Hmm104.30截面寬度Bmm60.77腹板厚度Twmm4.00翼緣厚度Tfmm4.24fyMPa235EMP

7、a206000Iymm4149881.49Ixmm41477591.6Amm2898.612、材料拉伸試驗：給出屈服強度、彈性模量材性試驗單位數(shù)值屈服強度fyMPa267.00 彈性模量EMPa206000.00 3、試件對中豎向放置軸心受壓幾何對中應(yīng)變對中試加載，根據(jù)應(yīng)變片的應(yīng)變讀數(shù)判斷是否對中并調(diào)整。4、測點檢查檢查測點應(yīng)變片和位移計是否正常工作，并確定位移計的正負方向。5、采用實測截面和實測材料特性進行承載力計算1） 歐拉荷載2） 按規(guī)范公式計算綜上，理論上承載力應(yīng)該在133.776183.810kN之間。五、試驗結(jié)果初步分析1、試驗現(xiàn)象（1）加載初期：無明顯現(xiàn)象，隨著加載的上升，柱子的

8、位移及應(yīng)變呈線性變化，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、實測極限承載力比較實測極限承載大小為135.491kN。1）和歐拉公式比較：實測值小于歐拉荷載183.810kN2）和規(guī)范公式比較：實測值小于規(guī)

9、范得出的極限荷載133.776kN。6、分析試驗結(jié)果和理論值之間的差異，分析產(chǎn)生這種差異的原因。實測極限承載力為135.491kN，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l/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)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驗，所以實驗所得的承載力值小于計算值。六、試驗結(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??；三是無論初偏心多小,它的臨界力Ncr永遠小于歐拉臨界力NE。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：嚴格的講，桿件不可能直，在加工、制造、運輸和安裝的過程中，