钢结构实验报告

1、钢结构基本原理试验课程作业钢结构基本原理试验课程作业H型柱轴心受压试验报告试验名称等边角钢轴心受压整体稳定试验小组成员理论课教师吴明儿试验日期2014年10月21日目录一、试验目的- 2 -二、实验原理- 2 -1、基本微分方程- 2 -2、扭转失稳欧拉荷载- 2 -3、稳定性系数计算公式- 3 -4、柱子曲线- 4 -三、实验设计：- 4 -1、试件设计- 4 -2、支座设计- 5 -3、测点布置- 6 -4、加载装置设计- 7 -四、实验准备- 8 -1、试件截面实测- 8 -2、材料拉伸试验：给出屈服强度、弹性模量- 9 -3、试件对中- 9 -4、测点检查- 9 -5、采用实测截面和实

2、测材料特性进行承载力计算- 10 -五、试验结果初步分析- 10 -1、试验现象- 10 -2、荷载-应变曲线- 11 -3、荷载-位移曲线；- 12 -4、实测极限承载力比较- 12 -6、分析试验结果和理论值之间的差异，分析产生这种差异的原因- 12 -六、试验结果深入分析- 13 -一、试验目的（1）通过实验掌握钢构件的实验方法，包括试件设计、加载装置设计、测点布置、实验结果整理等方法；（2）通过实验观察等边角钢截面轴心受压柱的失稳过程和失稳模式；（3）研究等边角钢轴心受压柱应力应变关系；体会等边角钢轴心受压柱实际承载力与理论承载力之间的区别。（4）将理论极限承载力和实测承载力进行对比，

3、验证轴心受压构件的柱子曲线。二、实验原理1、基本微分方程根据开口薄壁杆件理论，具有初始缺陷的轴心压杆的弹性微分方程为：2、构件失稳欧拉荷载等边角钢截面为单轴对称截面，剪力中心在对称轴上，设对称轴为x轴，则有 y0 = 0，代入上式可得： (a) (b) (c)说明等边角钢单轴对称截面轴心压杆在弹性阶段工作时，其中有两个微分方程是相互联立的，即在y方向弯曲产生变形时，必定伴随扭转变形，反之亦然。这种形式的失稳称为弯扭失稳。而式（b）仍可独立求解，因此单轴对称截面轴心压杆在对称截面内失稳时，仍为弯曲失稳。 欧拉公式：对于理想压杆，由于荷载通过剪力中心所以不会发生弯扭失稳。绕Y轴弯曲失稳：等边角钢压

4、杆的计算长度和长细比为：绕Y轴弯曲失稳计算长度：，长细比长细比可化为相对长细比：3、稳定性系数计算公式H字型截面压杆的弯曲失稳极限承载力：根据欧拉公式得佩利公式：再由公式可算出轴心压杆的稳定性系数。4、柱子曲线当0.215，=crfy=1-12当0.215，=crfy=1222+3+2-2+3+22-42 1=0.65,2=0.965,3=0.300三、实验设计：2、支座设计（1） 单刀口支座图单刀口详图（2）支座设计原理双刀口支座由3块钢板组成，中间一块钢板上表面开有横槽，下表面开有纵槽；上钢板则设有一道横刀口，下钢板设有一道纵刀口。将这3 块钢板和在一起就组成了双刀口支座，它在两个方向都能

5、很好的转动。（3）支座模拟的边界条件实现双向可滑动，模拟为双向铰支座。3、测点布置（1）应变片、位移计布置图（2） 测点、通道对应表：各物理量含义CH1_物理量荷载kNCH6-7 物理量跨中位移（如图）CH11-14_物理量跨中应变（如图）4、加载装置设计（1）加载方式千斤顶单调加载本试验中的时间均采用竖向放置。采用油压千斤顶和反力架施加竖向荷载。加载阶段：缓慢持续加载卸载阶段：缓慢卸载。（2）加载装置图（3）加载原理千斤顶在双刀口支座上产生的具有一定面积的集中荷载通过刀口施加到试件上，成为近似的线荷载，在弱轴平面内是为集中于轴线上的集中力。（4）加载装置模拟的荷载条件两端铰接的柱承受竖直轴心

6、压力荷载。四、实验准备1、试件截面实测实测值见下表：等边角钢的物理参数测量表序号宽度b(mm)厚度t(mm)长度l(mm)135.14 2.99 1000.00 234.65 2.94 1000.00 335.66 2.85 1000.00 435.61 2.92 535.55 2.88 634.21 2.86 734.96 2.84 834.66 2.86 935.08 2.92 1034.66 2.94 均值35.32 2.92 1000.00 实测截面图 实际截面性质：实际截面性质截面规格单位截面积 Amm2197.74计算长度L0mm1000.00 回转半径iymm6.98长细比y14

7、3.27 回转半径ixmm13.84长细比x36.132、材料拉伸试验：给出屈服强度、弹性模量材性试验单位数值屈服强度fyMPa355.40 弹性模量EMPa190000.003、试件对中竖向放置轴心受压几何对中应变对中试加载，根据应变片的应变读数判断是否对中并调整。4、测点检查检查测点应变片和位移计是否正常工作，并确定位移计的正负方向。5、采用实测截面和实测材料特性进行承载力计算欧拉公式计算规范公式计算查表得知为b类截面，则综上，理论上承载力应该在15.2718.06kN之间。五、试验结果初步分析1、试验现象（1）加载初期：无明显现象，随着加载的上升，柱子的位移及应变呈线性变化，说明构件处于

8、弹性阶段。（2）接近破坏：应变不能保持线性发展，跨中截面绕弱轴方向位移急剧增大。（3）破坏现象：柱子明显弯曲，支座处刀口明显偏向一侧（可能已经上下刀口板已经碰到），千斤顶作用力无法继续增加，试件绕弱轴方向失稳，力不再增大位移也急剧增加，说明构件已经达到了极限承载力，无法继续加载。卸载后，有残余应变，说明构件已经发生了塑性变形。（4）破坏模式：绕弱轴弯曲失稳破坏。（5）破坏照片：2、荷载-应变曲线3、荷载-位移曲线；4、实测极限承载力比较实测极限承载大小为140.265kN。1）和欧拉公式比较：实测值小于欧拉荷载282.85kN2）和规范公式比较：实测值大于规范得出的极限荷载115.45kN。6

9、、分析试验结果和理论值之间的差异，分析产生这种差异的原因实测极限承载力为140.265kN，小于欧拉荷载，大于规范公式计算结果。1）欧拉公式是采用“理想弹性压杆模型”，即假定杆件是等截面直杆，压力的作用线与截面的形心纵轴重合，材料是完全均匀和弹性的，没有考虑构件的初始缺陷如材料不均、初始偏心及初弯曲等的影响，但在试验中不可能保证试件没有缺陷，同时试件的加载也不可能完全处于轴线上，故实际承载力低于欧拉公式算得力。2）规范公式计算是在以初弯曲为l/1000,选用不同的界面形式，不同的残余应力模式计算出近200 条柱子曲线。并使用数理方程的统计方式，将这些曲线分成4组，公式采用了偏于安全的系数，在这个过程中规范所考虑的初始缺陷影响小于此次实验，所以实验所得的承载力值小于计算值。六、试验结果深入分析1、初偏心：由于制造、安装误差的存在，压杆也一定存在不同程度的初偏心。初偏心对压杆的影响与初弯曲的十分相似，一是压力一开始就产生挠曲，并随荷载增大而增大；二是初偏心越大变形越大，承载力越小；三是无论初偏心e0多小,它的临界力Ncr永远小于欧拉临界力NE。2、残余应力：残余应力使部分截面区域提前屈服，从而削弱了构件刚度，导致稳定承载力下降。3、初弯曲：严格的讲，杆件不可能直，在加工、制造、运输和安装的过程中，不可避免的要形