鋼筋結(jié)構(gòu)演示實驗1_T型截面

1、.鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基本原理 試驗課程作業(yè)L ENGINEERING鋼結(jié)構(gòu)基本原理試驗報告試 驗 名 稱T 形軸心受壓柱的整體穩(wěn)定試驗試驗課教師*姓名*專業(yè) .專注.學(xué)號*手機號*理論課教師*日期2012年11月21日專業(yè) .專注.一、試驗?zāi)康?、了解T 形截面軸心受壓鋼構(gòu)件的整體穩(wěn)定試驗方法，包括試件設(shè)計、試驗裝置設(shè)計、測點布置 、加載方式 、試驗結(jié)果整理與分析等。2、觀察 T 形截面軸心受壓柱的失穩(wěn)過程和失穩(wěn)模式，加深對其整體穩(wěn)定概念的理解。3、將柱子理論承載力和實測承載力進(jìn)行比較，加深對 T 形截面軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)及其計算公式的理解。二、試驗原理軸心受壓構(gòu)件的可能破壞形式有強度破壞、整體

2、失穩(wěn)破壞和局部失穩(wěn)等幾種，其中整體失穩(wěn)破壞時軸心受壓構(gòu)件的主要破壞形式。對于理想壓桿模型，即桿件是等截面壓桿，壓力作用線與截面形心縱軸重合，材料是完全均勻和彈性的，其整體穩(wěn)定性能可用歐拉臨界力或歐拉臨界應(yīng)力表征：然而對于實際構(gòu)件而言，都帶有多種初始缺陷，根據(jù)開口薄壁桿件理論，引入初始缺專業(yè) .專注.陷的軸心壓桿的彈性微分方程為：我國規(guī)范通過試驗統(tǒng)計獲得了四組柱子曲線：圖 2 鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范柱子曲線對于 T 型截面壓桿 ，其歐拉臨界力為專業(yè) .專注.x,uy,v圖 1 ,T 型截面示意圖T 形截面屬于單軸對稱截面，而且其對稱軸為弱軸，因此，當(dāng)不設(shè)置平面外支撐時， T形截面軸心受壓構(gòu)件總是發(fā)生彎扭失穩(wěn)

3、。穩(wěn)定系數(shù)與承載力計算如下:對其弱軸 x 軸：換算長細(xì)比 ：專業(yè) .專注.根據(jù)Perry公式T型截面壓桿的穩(wěn)定承載力從而獲得穩(wěn)定系數(shù)：三、試驗設(shè)計1、試件設(shè)計根據(jù)反力架的尺寸以及千斤頂?shù)淖畲笮谐膛c加載能力，本實驗設(shè)計的試件主要參數(shù)如下，試件截面 （T 形截面 ）h×b ×tw ×t f =60mm ×600mm ×5mm ×5mm試件長度 ： L 500mm鋼材牌號 ：Q235B2、實驗裝置設(shè)計下圖為進(jìn)行工字形截面軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定實驗采用的實驗裝置，加載設(shè)備為千斤頂 。 構(gòu)件豎向放置 ，千斤頂于構(gòu)件上端施加壓力，荷載值由液壓傳感器

4、測得。專業(yè) .專注.為了準(zhǔn)確實現(xiàn)構(gòu)件兩端鉸接的邊界條件，設(shè)計了雙刀口固定鉸支座。雙刀口支座在任意方向上具有良好的轉(zhuǎn)動性能。雙刀口支座 ：刀口平行于構(gòu)件弱軸方向布置。圖 3 雙刀口支座詳圖3、加載方式T 形截面軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定實驗采用單調(diào)加載， 并采用分級加載和連續(xù)加載相結(jié)合的加載制度。在加載初期 ，當(dāng)荷載小于理論承載力的80%時，采用分級加載制度，專業(yè) .專注.每次加載時間間隔為2 分鐘 ；當(dāng)荷載接近理論承載力時 ，改用連續(xù)加載的方式，但加載速率應(yīng)控制在合理的范圍之內(nèi)。在正式加載前 ，為檢查儀器儀表工作狀況和壓緊試件，需進(jìn)行預(yù)加載 ，預(yù)加載所用的荷載可取為分級荷載的前3 級。具體加載步驟如

5、下： 當(dāng)荷載小于理論承載力的60% 時，采用分級加載 ，每級荷載增量不宜大于理論承載力計算值的 20 ； 當(dāng)荷載小于理論承載力的80% 時，仍采用分級加載 ，每級荷載增量不宜大于理論承載力計算值的5； 當(dāng)荷載超過理論承載力的80% 以后，改用連續(xù)加載， 加載速率一般控制在每分鐘荷載增量不宜大于理論承載力計算值的5%； 當(dāng)構(gòu)件達(dá)到極限承載力時 ，停止加載 ，但保持千斤頂回油閥為關(guān)閉狀態(tài)，持續(xù) 3 分鐘左右 。 由于構(gòu)件達(dá)到了失穩(wěn)狀態(tài) ， 因此即使關(guān)閉回油閥，荷載仍然會出現(xiàn)下降，而試件的變形將繼續(xù)發(fā)展； 最后緩慢平穩(wěn)的打開千斤頂回油閥，將荷載逐漸卸載至零。4、測點布置實驗中量測項目包括施加荷載、柱

6、子中央的出平面?zhèn)纫?、?yīng)變變化情況等。下圖給出了 T 型截面軸心受壓試件的應(yīng)變片和位移計布置情況。專業(yè) .專注.圖 4 應(yīng)變片及位移計布置圖其注 ：位移計布置圖中的箭頭表示改點位移正方向。四、實驗準(zhǔn)備和預(yù)分析1、試件截面實測 ：實測截面平均值截面 1截面 2截面 3截面高度 Hmm61.7961.7761.5962.01截面寬度 Bmm60.5160.3560.8260.35腹板厚度 Twmm4.744.445.064.71翼緣厚度 Tfmm4.995.554.045.39試件長度 Lmm500.00500.00500.00500.00刀口厚度mm36.00計算長度 Lxmm572.00計算長度

7、 Lymm572.00計算長度 Lwmm286.00材性試驗MP267.00屈服強度 fyaMP206000.00彈性模量 Ea表 1 截面實測數(shù)據(jù)記錄表專業(yè) .專注.2、材料拉伸試驗 ：表 2 材料拉伸試驗數(shù)據(jù)記錄表3、采用實測截面和實測材料特性估算承載力：計算公式根據(jù)歐拉公式 ：根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范當(dāng) 0.215時：當(dāng) > 0.215時：（ 1 ）截面幾何性質(zhì) ：面積 ：A60.514.99(61.794.99)4.74571.1769 mm2專業(yè) .專注.截面形心xc4.74(61.794.99)(61.79/ 2)14.563mm571.1769慣性矩 ：I x1 60.5134.

8、99(61.794.99)4.743 9.2634 10 4 mm412I y160.514.74 360.514.7414.563 214.99 (61.79 4.74) 312124.9957.05(57.05 / 214.563 4.74 / 2) 2214418.583 mm4回轉(zhuǎn)半徑 ：i xI x12.735mmAi yI y19.375mmA長細(xì)比 ：xl0x57244.916ix12.735yl0 y57229.522iy19.375因繞 x 軸失穩(wěn)屬于彎扭失穩(wěn)，需計算換算長細(xì)比。因 T 形截面的剪力中心在翼緣板和腹板中心線的交點，所以剪力中心距形心的距離x0等于 xc，即x0

9、14.563mm, y002I xI y22r0Ax0y092634 214418.58314.5632749.660mm2571.1769對 T形截面， I w0專業(yè) .專注.It1(60.51 4.74357.05 4.993 )3=4510.882mm 4材料的剪切模量G=0.79105 N / mm2不考慮殘余應(yīng)力，則有你 R0代入公式得=l0I wl02GI tRAr022EAr0228628620.791054510.8822794.66571.1769206000=50.8882=1221（22 2（1-x0 2）22（x）x）x2+24r02122）1（22214.5632）

10、44.91622（44.91650.88844.91650.888）（ 1-29.5222+24749.664600.934=67.83因xy ，只需計算f y67.83 267=0.777E206000（3 ）規(guī)范法求臨界力：因為T 型鋼為焊接， 翼緣為軋制或剪切， 所以構(gòu)件為b類截面 ，2=0.9653=0.31222cr2( 23) ( 23)24 0.737f y2專業(yè) .專注.求得：Ncrf y A112.382kN（2）歐拉臨界力 ：NE2 EA251.086kN2五、實驗現(xiàn)象觀察試件 ，可以清晰的看到當(dāng)加載到一定程度后試件發(fā)生彎曲，但扭轉(zhuǎn)不太明顯。但加載過程中 ，觀察荷載應(yīng)變曲線

11、，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)荷載加到一定程度， 23-1 與 23-6 的荷載應(yīng)變曲線發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，這主要因為彎矩增大，在 23-1 與 23-6 處產(chǎn)生拉應(yīng)力 。 而當(dāng)荷載達(dá)到極大值 ，無法增加 ，且應(yīng)變與位移均有突變時則說明已經(jīng)發(fā)生彎扭失穩(wěn)破壞。六、實驗結(jié)果整理與分析1、實測數(shù)據(jù)見附表 1.專業(yè) .專注.120荷載23-123-210023-323-423-523-6806040200-20-2-1.5-1-0.500.511.522.5-2.5x 10 4應(yīng)變2、荷載 應(yīng)變曲線圖 5 荷載 應(yīng)變曲線3、荷載 位移曲線荷載 1201008060402031-131-231-30-20-30-20-1001

12、0203040位移-4050專業(yè) .專注.圖 6 荷載 位移曲線圖 7 最終破壞模式4、數(shù)據(jù)分析從曲線可以看出，剛開始時 ，位移基本為0，應(yīng)變基本相同，都為受壓 ，而當(dāng)達(dá)到極限承載力時 ，荷載與位移均有突變， 23-1,2,3,6 的應(yīng)變均大幅增加，且 1,6 受拉 ， 2,3 受壓 ，31-2,3 的位移也均大幅增加，此時荷載無法繼續(xù)增加，只有減小荷載才能維持平衡。分析 31-1 的位移可以發(fā)現(xiàn)其基本為0（位移始終在2.2mm 以內(nèi)）， 說明試件沒有繞強軸的彎曲 ，而 31-2 與 31-3 都有較大位移，從最后破壞模式也能看出，試件繞弱軸發(fā)生了明顯的彎曲 ，而 31-2 與 31-3 位移并非完全相等， 31-3 的位移最多比31-2 大 7mm ，這表明試件發(fā)生了逆時針的扭轉(zhuǎn)（從上往下觀察）， 但扭轉(zhuǎn)并不明顯，所以較難直接從試件的破壞模式觀察出。從荷載應(yīng)變曲線，可以看出23-3 較 23-2 應(yīng)變的絕對值較大，且都為負(fù) ，表示受壓 ，23-1 較 23-6 應(yīng)變的絕對值大，且都為正 ，這與彎扭時的分析結(jié)果是一致的。專業(yè) .專注.5、實測極限承載力分析實測極限承載力： Nu116.173kN該