1、精選優質文檔-傾情為你奉上鋼結構基本原理實驗課程作業方管柱局部穩定試驗報告試驗名稱薄壁矩形管受壓構件局部穩定試驗試驗課教師蔣首超姓名劉一飛學號手機號理論課教師羅烈日期2012年12月4日薄壁矩形管受壓構件局部穩定試驗鋼結構基本原理方管柱局部穩定實驗報告姓名：劉一飛 學號:課程教師：蔣首超 實驗日期：2012-12-04一、 實驗目的： 本試驗通過研究認識薄壁矩形管在軸心壓力作用下局部失穩的全過程，通過試驗觀察薄壁構件的局部失穩現象，屈曲后性能以及板組約束現象；將理論承載力和實測承載力進行對比，驗證薄壁構件局部屈曲臨界壓力和屈曲后承載力的計算公式。 同時掌握鋼構件的試驗方法，包括試件設計、加載裝

2、置設計、測點布置、試驗結果整理等。二、實驗原理： 2.1 四邊簡支板的彈性屈曲機理基本假定：彈性，小撓度，板平面內可自由移動。圖示為一兩端受均布壓力的彈性簡支矩形薄板，為板件的厚度。當壓力逐漸增加到屈曲臨界力時，平板就開始屈曲，屈曲撓度用表示。根據彈性理論，板在縱向均布壓力作用下，板中面的屈曲平衡微分方程為 （5-48）式中，D板的單位寬度的抗彎剛度， （5-49）鋼材的泊松比。2.2 板件長寬比對彈性屈曲荷載的影響對于簡支矩形板，方程的解可用下列雙重三角級數表示： （a）上式滿足四個簡支邊處撓度和彎矩均為零的邊界條件，式中為方向的半波數，為方向的半波數，和分別為板的長度和寬度。 將式(a)代

3、入式（5-48），可得的臨界值， （5-50）從上式可以看出，當時，為最小，其物理意義是：當板屈曲時，沿方向只有一個半波。因此，臨界壓力為 （5-51a）或 （5-51b）式中 板的穩定系數，對于均勻受壓的簡支矩形板， （5-52）取方向半波數可得圖5-15所示與的關系曲線。圖中的實線表示對于任意給定的值，為最小的曲線段。其物理意義是，當板屈曲時，沿方向總是有為最小值的半波數。如當時，板屈曲成一個半波；當時，板屈曲成三個半波，等等。從圖中還可以看出，最小的穩定系數，在時，值沒有多大變化，差不多都等于4。因此，對于縱向均勻受壓的簡支矩形板可取 （5-53）將式（5-49）代入式（5-51b）可得

4、臨界應力表達式 （5-54）2.3 矩形四邊簡支板的屈曲后性能板屈曲后還會有很大的承載能力，這就是屈曲后強度。板的屈曲后強度來源于板面內橫向的薄膜張力，如圖5-17所示。板面內橫向的薄膜張力對板的進一步彎曲起約束作用，是受壓板能夠繼續承受增大的壓力。板屈曲后的分析必須采用板的大撓度理論。縱向受壓簡支矩形板（圖5-14）的屈曲后大撓度微分方程組為 （5-63a） （5-63b）式中 為應力函數。如取壓應力為正，則有 （5-64a） （5-64b） （5-64c）在板的大撓度理論中，平板的變形包括彎曲變形和中面內變形。因此邊界條件也應包括彎曲邊界條件及面內邊界條件。簡支板的彎曲邊界條件為 （b）矩

5、形板屈曲后，面內邊界條件為 （c）屈曲過程中，板保持矩形輪廓，兩縱邊能在方向自由移動，方向的面內應力的合力應為零；方向的面內應力的合力應與外力相等。即 （d）根據彎曲邊界條件，可設板的撓度表達式的一級近似式為 （e）將式（e）代入式（5-63b）得 （f）解式（f）得 （5-65）式中 和邊的平均壓應力， （5-66）由式（5-64）得 （5-67a） （5-67b） （5-67c）式（e）及由式（5-65）的應力函數得到的式（5-67）中的、和分別滿足邊界條件式（b） 式（d）。將式（5-65）的應力函數代入式（5-63a）并用伽遼金法求解，則有再將式（e）的代入上式，解得 （5-68）式中

6、 板的屈曲臨界力，按式（5-54）計算。式（5-68）給出了平均應力與屈曲后板的跨中撓度之間的關系，如圖5-18所示。從圖可以看出，當板內的平均應力達到屈曲臨界應力時，板開始撓曲，以后板仍能繼續承擔超過屈曲荷載的軸向壓應力，這就是板的屈曲后性能。由式（5-67）和式（5-68）中消去可得 （5-69a） （5-69b）式（5-69）反映了板屈曲后，板面內應力的分布規律，如圖5-19所示。從式（5-67）和式（5-69）可以看出，在板屈曲之前，是均勻分布的且。在板屈曲后，不再均勻分布，而且產生了方向的應力。在板的中部區域是拉應力，如圖5-19。正由于這個拉應力，使板在屈曲后仍具有繼續承載更大外荷

7、載的能力。三、實驗資料3.1試件尺寸及材料性能試件尺寸：B×H×t200×100×2.0mm；試件長度：L200400mm；鋼材牌號：Q235B。屈服強度：f0.2 = 267.00 MPa，=0.33.2 實驗內容 3.2.1 實驗裝置 加載設備：由千斤頂及反力梁施加壓力，壓力傳感器測定荷載值； 應變片測量試件縱向應變；縱向位移計測量試件側向位移，豎向位移計測量試件縱向伸縮變形。 3.2.2 加載方式單調加載 加載初期：分級加載每級荷載約10%*Pu ，時間間隔約2分鐘接近破壞：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3.3測點布置實測

8、截面數據和應變片、位移計布置情況如下：3.4支座采用厚板開槽支座，5毫米深，邊界條件介于鉸接與剛接之間。四、實驗現象、結果分析：4.1 實驗現象：隨荷載加大，長邊板件出現局部失穩。失穩形式為產生兩個半波屈曲。實際屈曲形式表現為：上部凸出，下部凹陷。 試件最終破壞形式：局部失穩。實驗前的試件：破壞時的試件：4.2 實測試件數據：截面幾何性質和極限承載力計算寬面窄面彈性模量E.00.00屈服強度fy267.00267.00柏松比0.30.3截面面積A1209.221209.22試件長度L400400板件寬度B119996.相鄰板件寬度B296.199板件長寬比=L/B2.014.16板件厚度T2.

9、2.4.3實驗數據處理：應變片、位移計實測數據：應變片、位移計實測數據31_723_123_223_323_423_523_623_723_823_923_1031_131_231_331_431_531_6-0.165-23024021320.0080.00800-0.008-0.00416.846-24-66-171-4-600-64-76-73-2-0.076-0.285-0.055-0.247-0.490.03337.656-116-249-347-8-1060-159-143-159-36-0.436-0.8430.267-0.029-1.1170.15851.942-308-545

10、-467-17-1280-216-182-225-58-0.747-1.6810.360.189-2.5880.32152.272-315-552-472-20-1350-215-179-225-58-0.743-1.7110.3340.222-2.670.37952.272-316-554-473-21-1360-211-176-225-57-0.747-1.7060.3260.226-2.6990.34252.19-318-555-473-20-1370-210-175-226-57-0.743-1.6980.3260.226-2.720.37162.347-484-708-611-158

11、-3170-267-214-259-91-0.793-1.9660.2450.314-3.9930.43870.935-603-803-691-275-4260-305-243-286-129-0.839-2.130.2540.591-4.8380.44272.009-612-809-702-291-4440-308-244-292-133-0.852-2.1420.2540.679-4.9610.50882.992-719-900-826-426-5590-362-283-338-196-0.957-2.3860.2451.098-5.8470.43397.113-821-952-920-5

12、25-5670-448-357-406-319-1.007-2.5830.4531.768-6.9760.429110.078-939-1005-1003-603-4870-578-463-477-470-1.036-2.6581.5022.418-8.2090.208119.822-1031-1009-990-721-2650-798-688-535-704-1.032-2.6582.6073.135-9.3090.138120.482-1029-993-982-757-1960-858-757-543-759-0.919-2.652.8393.315-9.6430.1120.73-1023

13、-975-981-788-1450-919-832-554-796-0.755-2.52833.445-9.9230.05123.208-295321-1062-10213520-3347-1762-1675-7753.264.053.4493.646-11.921-1.559792480-128915450-2866-823-848-289-62.8721.7943.1953.989-47.88345.11456.401-27782953-2384-127414890-2797-778-744-165-62.8721.8023.0763.822-47.88345.

14、13521.883-25622796-2176-121113550-2621-667-50086-62.87821.6852.7593.352-47.87945.13531_723_123_223_323_423_523_623_723_823_923_1031_131_231_331_431_531_6匯總全部試驗點可以得到下面的柱子曲線圖：五、實驗結果對比分析及結論5.1分析試驗結果根據理論計算所得的承載力為：失穩臨界對應的荷載Pcr98.230考慮板組約束失穩臨界對應的荷載Pcr0124.477考慮屈曲后強度的承載力Pu0198.285全截面屈服荷載Py322.861實際測得失穩時荷載為：