薄壁矩形管受壓柱的局部穩(wěn)定試驗報告.1251051汪凡

1、鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程實驗報告薄壁矩形管受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定實驗報告試驗名稱 薄壁矩形管受壓柱的局部穩(wěn)定試驗試驗課教師周鋒姓名汪凡學(xué)號1251051聯(lián)系方式11wa ngfanton .c n理論課教師吳明兒日期2014年11月4日鋼結(jié)構(gòu)基本原理實驗報告薄壁矩形管受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定實驗姓名：汪凡學(xué)號：1251051一、實驗?zāi)康? 通過試驗掌握鋼構(gòu)件的試驗方法，包括試件設(shè)計、加載裝置設(shè)計、測點布置、試驗 結(jié)果整理等方法。2. 通過試驗觀察薄壁構(gòu)件的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。3. 通過試驗觀察薄壁構(gòu)件的屈曲后性能。4. 通過試驗觀察薄壁構(gòu)件板組約束現(xiàn)象。5將理論承載力和實測承載力進行對比，驗證薄壁構(gòu)件局部

2、屈曲臨界壓力和屈曲后承載力的計算公式。二、實驗原理2.1軸心受壓實腹式構(gòu)件局部失穩(wěn)臨界力的準(zhǔn)則軸心受壓實腹式構(gòu)件局部失穩(wěn)臨界力的準(zhǔn)則有兩種：一種是不允許出現(xiàn)局部失穩(wěn)，板件受到的臨界應(yīng)力b應(yīng)小于局部失穩(wěn)的臨界應(yīng)力bcr, d心cr;另一種是允許出現(xiàn)局部失穩(wěn)，并利用板件屈曲后的強度，要求板件受到的軸力N應(yīng)小于板件發(fā)揮屈曲后強度的極限承載力 Nu, NNu。2.2四邊簡支矩形板的彈性屈曲機理圖1所示為一兩端受均布壓力N x= t b的彈性簡支矩形薄板,t為板的厚度。當(dāng)壓w表示。力N x逐漸增加到屈曲臨界力時，平板就開始屈曲，屈曲撓度用r 1 - A- W曲腔個事波(m-l圖1矩形薄板的屈曲根據(jù)彈性理

3、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44w c wD2-x x y4)4 y4wNx0x式中D 板的單位寬度的抗彎剛度,u鋼材的泊松比。對于簡支矩形板，方程的解 w可用下列雙重三角級數(shù)表示:h- - a sin一-a b上式滿足四個簡支邊上撓度和彎矩均為零的邊界條件，式中 y方向的半波數(shù)，a和b分別為板的長度和寬度。將代入式，可得 Nx的臨界值Nxcr ,m為x方向的半波數(shù)，n為mb當(dāng)n=1時，臨界力Nxcr最小。物理意義是：當(dāng)板屈曲時，沿 因此臨界力為y軸方向只有一個半波。式中，k為板的穩(wěn)定系數(shù)，對于均勻受壓的簡支矩形板,mb a+)a mb取x方向半波數(shù)m=1 , 2,

4、3, 4等，可得到圖2 所示k與a/b的關(guān)系曲線。其物理意義是：當(dāng)板屈曲時，沿 y軸方向總是有k為最小值的半波數(shù)。如當(dāng) a/ b v2時，板屈曲成一個半波；當(dāng)v2 a /b v6時，板屈曲成二個半波；當(dāng) v6 a /b 1時，k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k = 4。將代入式得臨界應(yīng)力表達式2.2板組約束對彈性屈曲荷載的影響截面由多塊板件組成，故應(yīng)考慮板組間的約束因素。即k值應(yīng)包括板組間的約束系數(shù)Z對箱形截面，有j -（與 _0朋10J + 32.3矩形四邊簡支班屈曲后的性能由于板屈曲后板面內(nèi)有橫向的薄膜張力，其對板的進一步彎曲起約束作用，使板件能夠

5、繼續(xù)承受更大的壓力。nTHrmTrnT1rr ya xz/p+v圖3板屈曲后，板面內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律板屈曲后強度的計算可以采用有效寬厚比計算。有效寬度的計算采用經(jīng)驗公式be b1 1(1 0.22 )ee其中be 板間的有效寬度；b 板件的實際寬度；i1ecre板件采用有效寬度時的應(yīng)力;K板件失穩(wěn)時的穩(wěn)定系數(shù)。試件設(shè)計81試件實測幾何參數(shù)和力學(xué)性能:名義截面和實測截面有差別，實測3各截面:實測截面單位平均值截面1截面2截面3截面寬度B1mm99.4099.3399.2099.67截面寬度B2mm199.73199.60199.40200.20板厚T1mm2.482.482.512.46板厚T2mm

6、2.472.472.432.52板厚T3mm2.482.482.512.46板厚T4mm2.472.472.432.52平均板厚Tmm2.48試件長度Lmm400.10400.10400.10400.10拉伸實驗測量鋼材力學(xué)性能:材性試驗單位屈服強度fyMPa267.00彈性模量EMPa206000.00拉斷強度fuMPa402.00四、測點布置根據(jù)失穩(wěn)半波數(shù)合理布置應(yīng)變片:C1CCeG科中載頁應(yīng)爻片M AS五、實驗裝置及加載方式5.1實驗裝置：千斤頂，油壓傳感器，位移計，應(yīng)變片，數(shù)據(jù)采集板。千斤頂為加載設(shè)備，由千斤頂及反力梁施加壓力; 壓力傳感器測定荷載值； 縱向位移計測量試件側(cè)向位移，豎向

7、位移計測量試件縱向伸縮變形; 應(yīng)變片測量試件縱向應(yīng)變；5.2加載方式千斤頂通過厚鋼板將荷載施加于構(gòu)件兩端，并調(diào)整使之作用點與截面形心盡量重合。視為均布軸心荷載。正式加載之前要進行預(yù)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(xù)加載，合理控制加載速率，連續(xù)采集數(shù)據(jù)。卸載階段：緩慢卸載。六、承載力估算6.1按四邊簡支梁不考慮板組約束計算屈曲臨界承載力 計算公式：xcr2E5PxcrC=xcr A單位寬面B2窄面B1鋼材的泊松比0.30.3t/b0.01240.0249考慮板組約束局部失穩(wěn)臨界bcr0MPa114.8463.5截面面積AmmA2495.3246.5

8、考慮板組約束失穩(wěn)臨界對應(yīng)的荷載Pcr0kN170.36.2考慮板組約束計算屈曲臨界承載力臨界力公式:板組約束系數(shù):穩(wěn)定系數(shù):10 + 3單位寬面B2窄面B1約束系數(shù)Z0.505考慮板組約束后的穩(wěn)定系數(shù)k5.06板組約束系數(shù)X1.26考慮板組約束局部失穩(wěn)臨界bcr0MPa182.8截面面積AmmA2195.3246.5考慮板組約束失穩(wěn)臨界對應(yīng)的荷載Pcr0kN271.36.3考慮屈曲后強度有效寬度經(jīng)驗公式:beb丄（1 0.22 丄）ee單位寬面B2窄面B1采用有效寬度時的應(yīng)力beMPa267.00267.00局部失穩(wěn)臨界c crMPa114.8463.5板件的等效長細比入e1.5250.759

9、有效寬度比 be/b0.5610.936有效寬度bemm112.193.0有效面積AemmA2277.9230.6考慮屈曲后強度的承載力PuOkN271.5七、實驗現(xiàn)象及結(jié)果7.1實驗現(xiàn)象在初始加載時，變形主要表現(xiàn)為豎向變形， 側(cè)向變形不明顯。隨著荷載的增加側(cè)向變形逐漸增大。最終試件在長邊縱向屈曲成三個半波，短邊形變不明顯，形成薄壁構(gòu)件的局部失穩(wěn)，實際屈曲形式表現(xiàn)為：上部、下部凸出，中部凹陷。當(dāng)隨著應(yīng)變和位移的增大，荷載不再增加時，試件達到了其極限承載能力。試件最終破壞形式：局部失穩(wěn)。7.2實驗數(shù)據(jù)處理刪掉不合理的數(shù)據(jù)，用Excel軟件處理數(shù)據(jù)，繪制圖形。荷載-位移曲線-10250200151

10、0050-51015-50位移mm八、實驗結(jié)果的分析8.1實驗設(shè)計的是軸心受壓的方矩形管的局部失穩(wěn)，但是從29-6和29-2這兩個對稱位置的應(yīng)變數(shù)據(jù)的差值判斷，該試驗中集中荷載有偏心情況。由24得到應(yīng)變差，y得到曲率，h又Ely M ，M Ne求得偏心距。采用穩(wěn)定階段的29-6和29-2的數(shù)據(jù)，計算可得偏心距 e=14mm.8.2通過觀察試驗中寬面和窄面的變形關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)板組之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。實驗過程中由于板組間的約束，屈曲出現(xiàn)的時間較晚。寬面由于受到窄面的約束，在開 始階段變形不明顯，隨著荷載的增大，板組約束減小，屈曲發(fā)展并加快。寬面先發(fā)生屈曲。由于寬面對窄面的約束作用，在試件破壞時窄面變形較小，屈曲現(xiàn)象 不明顯。8.3實驗破壞最終為塑性破壞。當(dāng)板件屈服時達到屈服應(yīng)變:61296 106m 1296 m267 102.06 105 106從實驗數(shù)據(jù)中可以看到29-2、29-3、29-7先到達屈服，29-6隨后達到屈服，29-4、29-8、29-5隨后依次屈服。大部分區(qū)域達到屈服應(yīng)變，表現(xiàn)出了鋼結(jié)構(gòu)良好的延性。8.4板件的破壞最終為強度破壞。而后產(chǎn)生屈曲后強度， 且該強度對實驗數(shù)據(jù)分析得