鋼結(jié)構(gòu)實驗報告.doc

鋼結(jié)構(gòu)基本原理試驗課程作業(yè)鋼結(jié)構(gòu)基本原理試驗課程作業(yè)H型柱軸心受壓試驗報告試驗名稱等邊角鋼軸心受壓整體穩(wěn)定試驗小組成員理論課教師吳明兒試驗日期2014年10月21日目錄一、試驗目的- 2 -二、實驗原理- 2 -1、基本微分方程- 2 -2、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)歐拉荷載- 2 -3、穩(wěn)定性系數(shù)計算公式- 3 -4、柱子曲線- 4 -三、實驗設(shè)計：- 4 -1、試件設(shè)計- 4 -2、支座設(shè)計- 5 -3、測點布置- 6 -4、加載裝置設(shè)計- 7 -四、實驗準備- 8 -1、試件截面實測- 8 -2、材料拉伸試驗：給出屈服強度、彈性模量- 9 -3、試件對中- 9 -4、測點檢查- 9 -5、采用實測截面和實測材料特性進行承載力計算- 10 -五、試驗結(jié)果初步分析- 10 -1、試驗現(xiàn)象- 10 -2、荷載-應變曲線- 11 -3、荷載-位移曲線；- 12 -4、實測極限承載力比較- 12 -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- 12 -六、試驗結(jié)果深入分析- 13 -一、試驗目的（1）通過實驗掌握鋼構(gòu)件的實驗方法，包括試件設(shè)計、加載裝置設(shè)計、測點布置、實驗結(jié)果整理等方法；（2）通過實驗觀察等邊角鋼截面軸心受壓柱的失穩(wěn)過程和失穩(wěn)模式；（3）研究等邊角鋼軸心受壓柱應力應變關(guān)系；體會等邊角鋼軸心受壓柱實際承載力與理論承載力之間的區(qū)別。（4）將理論極限承載力和實測承載力進行對比，驗證軸心受壓構(gòu)件的柱子曲線。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、構(gòu)件失穩(wěn)歐拉荷載等邊角鋼截面為單軸對稱截面，剪力中心在對稱軸上，設(shè)對稱軸為x軸，則有 y0 = 0，代入上式可得： (a) (b) (c)說明等邊角鋼單軸對稱截面軸心壓桿在彈性階段工作時，其中有兩個微分方程是相互聯(lián)立的，即在y方向彎曲產(chǎn)生變形時，必定伴隨扭轉(zhuǎn)變形，反之亦然。這種形式的失穩(wěn)稱為彎扭失穩(wěn)。而式（b）仍可獨立求解，因此單軸對稱截面軸心壓桿在對稱截面內(nèi)失穩(wěn)時，仍為彎曲失穩(wěn)。 歐拉公式：對于理想壓桿，由于荷載通過剪力中心所以不會發(fā)生彎扭失穩(wěn)。繞Y軸彎曲失穩(wěn)：等邊角鋼壓桿的計算長度和長細比為：繞Y軸彎曲失穩(wěn)計算長度：，長細比長細比可化為相對長細比：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0.215，=crfy=1-12當0.215，=crfy=1222+3+2-2+3+22-42 1=0.65,2=0.965,3=0.300三、實驗設(shè)計：2、支座設(shè)計（1） 單刀口支座圖單刀口詳圖（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）應變片、位移計布置圖（2） 測點、通道對應表：各物理量含義CH1_物理量荷載kNCH6-7 物理量跨中位移（如圖）CH11-14_物理量跨中應變（如圖）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。加載階段：緩慢持續(xù)加載卸載階段：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：等邊角鋼的物理參數(shù)測量表序號寬度b(mm)厚度t(mm)長度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 實測截面圖 實際截面性質(zhì)：實際截面性質(zhì)截面規(guī)格單位截面積 Amm2197.74計算長度L0mm1000.00 回轉(zhuǎn)半徑iymm6.98長細比y143.27 回轉(zhuǎn)半徑ixmm13.84長細比x36.132、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fyMPa355.40 彈性模量EMPa190000.003、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(jù)應變片的應變讀數(shù)判斷是否對中并調(diào)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歐拉公式計算規(guī)范公式計算查表得知為b類截面，則綜上，理論上承載力應該在15.2718.06kN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，柱子的位移及應變呈線性變化，說明構(gòu)件處于彈性階段。（2）接近破壞：應變不能保持線性發(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-應變曲線3、荷載-位移曲線；4、實測極限承載力比較實測極限承載大小為140.265kN。1）和歐拉公式比較：實測值小于歐拉荷載282.85kN2）和規(guī)范公式比較：實測值大于規(guī)范得出的極限荷載115.45kN。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?qū)崪y極限承載力為140.265kN，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e0多小,它的臨界力Ncr永遠小于歐拉臨界力NE。2、殘余應力：殘余應力使部分截面區(qū)域提前屈服，從而削弱了構(gòu)件剛度，導致穩(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，不可避免的要形