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文档简介

1、H型截面轴心受压柱试验报告 学号:姓名:任课老师:试验老师:试验日期: 2022年 03 月 30 日一、试验目的:1、通过试验把握钢构件的试验方法,包括试件设计、加载装置设计、测点布置、试验结果整理等方法;2、通过试验观看十字型截面轴心受压柱的失稳过程和失稳模式;3、将理论极限承载力和实测承载力进行对比,式的懂得;二、试验原理:1、基本微分方程加深对轴心受压构件稳固系数运算公依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、扭转失稳欧拉荷载H型截面为双轴对称截面,因其剪力中心和形心重合,有 x0. y0. 0,代入上式可得:EIEIxvIVIV v 0Nv002 r NR0

2、ayuIVIV u 0NubEIIVIVGItc00说明 H型双轴对称截面轴心压杆在弹性阶段工作时,三个微分方程是相互独立的,可分别单独讨论;在弹塑性阶段,当讨论(a)式时,只要截面上的产于应力对称与Y轴,同时又有u00和00 ,就该式将始终和其他两式无关,可单独讨论;这样,压杆将只发生 Y方向的位移, 整体失稳呈弯曲变外形态, 称为弯曲失稳; 这样,式( b)也是弯曲失稳,只是弯曲失稳的方向不同而已;对于式( c),假如残余应力对称与X轴和 Y轴分布,同时假定,u00和00就压杆将只发生绕Z轴的转动,失稳时杆件呈扭转变外形态,称为扭转失稳;对于抱负压杆,就有上面三式可分别求得十字型截面压杆的

3、欧拉荷载为:绕 X轴弯曲失稳:NEx2EIx,绕 Y轴弯曲失稳:NEy2EIy2 l 0 xl2绕 Z轴扭转失稳:NEGIt10y2EIl2 02 r 0H字型截面压杆的运算长度和长细比为:比绕 X轴弯曲失稳运算长度:l0 xxl ,长细比xl0/ix0.5 ,长细绕Y轴弯曲失稳运算长度:l0yyl ,长细比yl0/iy绕Z轴扭转失稳运算长度:l0l ,端部不能扭转也不能翘曲时1yfI1GItl22 Ar 022 EAr 00上述长细比均可化为相对长细比:E3、稳固性系数运算公式H字型截面压杆的弯曲失稳极限承载力:依据欧拉公式NEw2EA得Ew2Efy2fyEx222佩利公式:crwwwfy1

4、0Exfy10Ex22再由公式cr可算出轴心压杆的稳固性系数;yf4、柱子 曲线当. .0.215, = .= 1 - .1. .cr .2当. .0.215, = .= .cr2. .2 .2 + .3. 1.+ . .2 - .2 + .3. .+ . .2 2 - 4. .2 .1 = 0.65,.2 = 0.965,.3 = 0.300三、试验设计:1、试件设计( 1)试件截面( H形截面)h b tw tf100 60 4.0 4.0mm;( 2)试件长度: L1300mm;( 3)钢材牌号: Q235B;( 4)试件立面、截面如图:( 5)试件设计时考虑的因素1 充分考虑试验目的,

5、设计构件的破坏形式为沿弱轴弯曲失稳;2 合理设计构件的尺寸,使其能够在加载仪器上加载;3 考虑肯定经济性;2、支座设计( 1) 双刀口支座图( 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;上钢板就设有一道横刀口,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:应变片实际测位移计实际测S1点编号D1点编号7_431_1S27_3D231_2S37_1D331_3S47_2荷载31_

6、7( 3) 应变片和位移计布置原理;构件跨中截面布置了应变片和位移计;考虑到构件是双轴对称截面,所以会沿弱轴失稳,将应变片贴在翼缘两端,将位移计接在 X,Y轴上;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纳竖向放置;采纳油压千斤顶和反力架施加竖向荷载;加载初期:分级加载;每级荷载约10%Pu;时间间隔约 2min;接近破坏:连续加载;合理掌握加载速率;连续采集数据;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肯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

7、两端铰接的柱承担竖直轴心压力荷载;四、试验预备:1、试件截面实测实测值见下表:实测截面mm平均值截面 1截面 2截面 3截面高度 H104.30 103.22 105.44 104.25 截面宽度 Bmm60.7661.29 60.3860.63 腹板厚度 Twmm4.00 4.00 4.00 4.00 翼缘厚度 Tfmm4.24 4.424.144.15试件长度 Lmm1200.00 1200.00 1200.00 1200.00 刀口厚度mm36.00 36.00 36.00 36.00 运算长度mm1272.00 材性试验屈服强度 fyMPa267.00 弹性模量 EMPa206000.

8、00 实际截面性质:截面规格截面高度 Hmm104.30截面宽度 Bmm60.77腹板厚度 Twmm4.00翼缘厚度 Tfmm4.24fyMPa235EMPa206000Iymm4149881.49Ixmm41477591.6898.61Amm22、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 fyMPa267.00 弹性模量 EMPa206000.00 3、试件对中竖向放置轴心受压几何对中应变对中试加载,依据应变片的应变读数判定是否对中并调整;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、采纳实测截面和实测材料特性进行承载力运算1) 欧拉荷载N

9、E =2EI y=2 206000 146276.81 1272.002= 183.810kNl0y 22) 按规范公式运算I y = 149881.49mm4=cr=iy =Iy A = 13.12mm22- 4 y=l0y= 1272 13.12 = 96.99iy . =y yfy E = 96.99 235 206000= 1.0431 2 2 + 3 + 22 2 -2 + 3 + f y1 = 0.65,2 = 0.965,3 = 0.300y = 0.575N cr = yfyA = 133.776kN综上,理论上承载力应当在五、试验结果初步分析1、试验现象133.776183.

10、810kN之间;( 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,说明构件处于弹性阶段;( 2)接近破坏:应变不能保持线性进展,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遇到),千斤顶作用力无法连续增加,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,无法连续加载;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;5、实测极限承载力比较实测极限承载大小为 135.491kN;1)和

11、欧拉公式比较:实测值小于欧拉荷载 183.810kN2)和规范公式比较:实测值小于规范得出的极限荷载 133.776kN;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缘由;实测极限承载力为 135.491kN,小于欧拉荷载,大于规范公式运算结果;1)欧拉公式是采纳“ 抱负弹性压杆模型” ,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,材料是完全匀称和弹性的,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,但在试验中不行能保证试件没有缺陷,同时试件的加载也不行能完全处于轴线上,故实际承载力低于欧拉公式算得力;2)规范公式运算是在以初弯曲为l/1000,选用不同的界面形式,不同的残余应力模式运算出近 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,公式采纳了偏于安全的系数,在这个过程中规范所考虑的初始缺陷影响小于此次试验,所以试验所得的承载力值小于运算值;六、试验结果深化分析1、初偏心:由于制造、安装误差的存在,压杆也肯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非常相像,一是压力一开头就产生挠曲,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e 0多小 ,它的临界力 Ncr永久小于欧拉临界力 NE ;2、残余应力:残余应力使部分截面区域提前屈服,从而减弱了构件刚度,导致稳固承载力下降;3、

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