1、H型截面軸心受壓柱實驗報告學號：姓名：任課老師:實驗老師：實驗日期：2012年03月30日一、實驗目的：1、通過試驗掌握鋼構件的試驗方法，包括試件設計、加載裝置設計、測點布置、試驗結果整理等方 法。2、通過試驗觀察十字型截面軸心受壓柱的失穩過程和失穩模式。3、將理論極限承載力和實測承載力進行對比，加深對軸心受壓構件穩定系數計算公式的理解。二、實驗原理：1、基本微分方程根據開口薄壁桿件理論，具有初始缺陷的軸心壓桿的彈性微分方程為：2、扭轉失穩歐拉荷載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(v'v v°v)Nvn =o(a)iv

2、 ivnEly(u -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立的，可分別單獨研 究。在彈塑性階段，當研究Q)式時，只要截面上的產于應力對稱與丫軸，同時又有U0=0和入二0, 貝U該式將始終和其他兩式無關，可單獨研究。這樣，壓桿將只發生丫方向的位移，整體失穩呈彎曲變形狀態，稱為彎曲失穩。這樣，式(b)也是彎曲失穩，只是彎曲失穩的方向 不同而已。對于式(c),如果殘余應力對稱與X軸和丫軸分布，同時假定，U0和0=0則壓桿將只發生繞Z軸的轉動，失穩時桿件呈扭轉變形狀態

3、，稱為扭轉失穩對于理想壓桿，則有上面三式可分別求得十字型截面壓桿的歐拉荷載為:仃？EIjt 2EI繞X軸彎曲失穩：NeX Ex 丁丄 繞丫軸彎曲失穩：Ney-oy lox繞Z軸扭轉失穩：Ne，Git)鼻訕 r。H字型截面壓桿的計算長度和長細比為：繞X軸彎曲失穩計算長度:lox Axlo,長細比'X = lox / ix繞丫軸彎曲失穩計算長度：l°y = "yl。，長細比，y= oy/iy繞Z軸扭轉失穩計算長度:L十”丄,端部不能扭轉也不能翹曲時冷-05,長細比11 Gif1o 入 二 EAr°上述長細比均可化為相對長細比：313、穩定性系數計算公式H字型截

4、面壓桿的彎曲失穩極限承載力:根據歐拉公式New-佩利公式：二cr(r； o)fy +CI + U"2h2E再由公式可算出軸心壓桿的穩定性系數。y4、柱子孑7曲線三、實驗設計：1、試件設計(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 )試件設計時考慮的因素1) 充分考慮實驗目的，設計構件的破壞形式為沿弱軸彎曲失穩；2) 合理設計構件的尺寸，使其能夠在加載儀器上加載；3) 考慮一定經濟性。2、支座設計(1) 雙刀口支座圖(2)

5、 支座設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；上鋼板則設有一 道橫刀口，下鋼板設有一道縱刀口。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動。(3) 支座模擬的邊界條件實現雙向可滑動，模擬為雙向較支座。3、測點布置(1) 應變片、位移計布置圖(2) 測點、通道對應表：應變片實際測點編號位移計實際測點編號S17 4D131 1S273D231 2S37 1D331 3S47_2荷載31_7(3) 應變片和位移計布置原理。構件跨中截面布置了應變片和位移計。考慮到構件是雙軸對稱截面，所 以會沿弱軸失穩，將應 變片貼在翼緣兩端，將位移計接在X,

6、丫軸上。4、加載裝置設計(1 )加載方式一一千斤頂單調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2mino接近破壞：連續加載；合理控制加載速率；連續采集 數據。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截面咼度Hmm104.30P 103

7、.22 :105.44104.25截面寬度Bmm60.7661.2960.3860.63腹板厚度Twmm4.004.004.004.00翼緣厚度Tfmm4.24:4.42 :4.144.15試件長度Lmm1200.00P1200.00 1200.00刀口厚度mm36.0036.0036.0036.00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:截面規格截面咼度Hmm104.30截面寬度Bmm60.77腹板厚度Twmm4.00翼緣厚度Tfmm4.24fyMPa235EMPa206000iy149881.49lx1477591.6

8、A898.612材料拉伸試驗：給出屈服強度、彈性模量材性試驗單位數值屈服強度fyMPa267.00彈性模量EMPa206000.003、試件對中豎向放置軸心受壓幾何對中應變對中試加載，根據應變片的應變讀數判斷是否對中并調整。4、測點檢查檢查測點應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）按規范公式計算綜上，理論上承載力應該在133.776183.810kN之間。五、試驗結果初步分析1、試驗現象(1) 加載初期：無明顯現象，隨著加載的上升，柱子的位移及應變呈線性變化，說明構件處于彈性 階段。(2) 接近破壞：應變不能保持線性發展，

9、跨中截面繞弱軸方向位移急劇增大。(3) 破壞現象：柱子明顯彎曲，支座處刀口明顯偏向一側(可能已經上下 刀口板已經碰到),千斤 頂作用力無法繼續增加，試件繞弱軸方向失穩，力不再 增大位移也急劇增加，說明構件已經達到了極限 承載力，無法繼續加載。卸 載后，有殘余應變，說明構件已經發生了塑性變形。(4) 破壞模式：繞弱軸彎曲失穩破壞。(5) 破壞照片：2、荷載應變曲線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135.491 kN o1) 和歐拉公式比較：實測值小于歐拉荷載183.81 OkN2) 和規范公式比較：實測值小于規范得出的極限荷載133.776kNo6、分析試驗結果和理論值

10、之間的差異，分析產生這種差異的原因。實測極限承載力為135.491 kN,小于歐拉荷載，大于規范公式計算結果。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，不同的殘余應力模式計算出近200 條柱子曲線。并使用數理方程的統計方式，將這些曲線分成4組，公式采用了偏于安全的系數，在這個 過程中規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永遠小于歐拉臨界力N巳2殘余應力：殘余應力使部分截面區域提前屈服，從而削弱了構件剛度，導致穩定承載力下降。3、初彎曲：嚴格的講，桿件不可能直，在加工、制