鋼結(jié)構(gòu)基本原理方管柱局部穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)課程作業(yè)方管柱局部穩(wěn)定試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)名稱薄壁矩形管受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定試驗(yàn)試驗(yàn)課教師蔣首超姓名劉一飛學(xué)號(hào)手機(jī)號(hào)理論課教師羅烈日期2012年12月4日薄壁矩形管受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定試驗(yàn)鋼結(jié)構(gòu)基本原理方管柱局部穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：劉一飛 學(xué)號(hào):課程教師：蔣首超 實(shí)驗(yàn)日期：2012-12-04一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?本試驗(yàn)通過研究認(rèn)識(shí)薄壁矩形管在軸心壓力作用下局部失穩(wěn)的全過程，通過試驗(yàn)觀察薄壁構(gòu)件的局部失穩(wěn)現(xiàn)象，屈曲后性能以及板組約束現(xiàn)象；將理論承載力和實(shí)測承載力進(jìn)行對比，驗(yàn)證薄壁構(gòu)件局部屈曲臨界壓力和屈曲后承載力的計(jì)算公式。 同時(shí)掌握鋼構(gòu)件的試驗(yàn)方法，包括試件設(shè)計(jì)、加載裝

2、置設(shè)計(jì)、測點(diǎn)布置、試驗(yàn)結(jié)果整理等。二、實(shí)驗(yàn)原理： 2.1 四邊簡支板的彈性屈曲機(jī)理基本假定：彈性，小撓度，板平面內(nèi)可自由移動(dòng)。圖示為一兩端受均布?jí)毫Φ膹椥院喼Ь匦伪“?，為板件的厚度。?dāng)壓力逐漸增加到屈曲臨界力時(shí)，平板就開始屈曲，屈曲撓度用表示。根據(jù)彈性理論，板在縱向均布?jí)毫ψ饔孟?，板中面的屈曲平衡微分方程?（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(jí)數(shù)表示： （a）上式滿足四個(gè)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(shù)，為方向的半波數(shù)，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(dāng)時(shí)，為最小，其物理意義是：當(dāng)板屈曲時(shí)，沿方向只有一個(gè)半波。因此，臨界壓力為 （5-51a）或 （5-51b）式中 板的穩(wěn)定系數(shù)，對于均勻受壓的簡支矩形板， （5-52）取方向半波數(shù)可得圖5-15所示與的關(guān)系曲線。圖中的實(shí)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(dāng)板屈曲時(shí)，沿方向總是有為最小值的半波數(shù)。如當(dāng)時(shí)，板屈曲成一個(gè)半波；當(dāng)時(shí)，板屈曲成三個(gè)半波，等等。從圖中還可以看出，最小的穩(wěn)定系數(shù)，在時(shí)，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(yīng)力表達(dá)式 （5-54）2.3 矩形四邊簡支板的屈曲后性能板屈曲后還會(huì)有很大的承載能力，這就是屈曲后強(qiáng)度。板的屈曲后強(qiáng)度來源于板面內(nèi)橫向的薄膜張力，如圖5-17所示。板面內(nèi)橫向的薄膜張力對板的進(jìn)一步彎曲起約束作用，是受壓板能夠繼續(xù)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(yīng)力函數(shù)。如取壓應(yīng)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(nèi)變形。因此邊界條件也應(yīng)包括彎曲邊界條件及面內(nèi)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(nèi)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(dòng)，方向的面內(nèi)應(yīng)力的合力應(yīng)為零；方向的面內(nèi)應(yīng)力的合力應(yīng)與外力相等。即 （d）根據(jù)彎曲邊界條件，可設(shè)板的撓度表達(dá)式的一級(jí)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(yīng)力， （5-66）由式（5-64）得 （5-67a） （5-67b） （5-67c）式（e）及由式（5-65）的應(yīng)力函數(shù)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(yīng)力函數(shù)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(jì)算。式（5-68）給出了平均應(yīng)力與屈曲后板的跨中撓度之間的關(guān)系，如圖5-18所示。從圖可以看出，當(dāng)板內(nèi)的平均應(yīng)力達(dá)到屈曲臨界應(yīng)力時(shí)，板開始撓曲，以后板仍能繼續(xù)承擔(dān)超過屈曲荷載的軸向壓應(yīng)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(nèi)應(yīng)力的分布規(guī)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(chǎn)生了方向的應(yīng)力。在板的中部區(qū)域是拉應(yīng)力，如圖5-19。正由于這個(gè)拉應(yīng)力，使板在屈曲后仍具有繼續(xù)承載更大外荷

7、載的能力。三、實(shí)驗(yàn)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(hào)：Q235B。屈服強(qiáng)度：f0.2 = 267.00 MPa，=0.33.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置 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； 應(yīng)變片測量試件縱向應(yīng)變；縱向位移計(jì)測量試件側(cè)向位移，豎向位移計(jì)測量試件縱向伸縮變形。 3.2.2 加載方式單調(diào)加載 加載初期：分級(jí)加載每級(jí)荷載約10%*Pu ，時(shí)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3.3測點(diǎn)布置實(shí)測

8、截面數(shù)據(jù)和應(yīng)變片、位移計(jì)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果分析：4.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：隨荷載加大，長邊板件出現(xiàn)局部失穩(wěn)。失穩(wěn)形式為產(chǎn)生兩個(gè)半波屈曲。實(shí)際屈曲形式表現(xiàn)為：上部凸出，下部凹陷。 試件最終破壞形式：局部失穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)前的試件：破壞時(shí)的試件：4.2 實(shí)測試件數(shù)據(jù)：截面幾何性質(zhì)和極限承載力計(jì)算寬面窄面彈性模量E.00.00屈服強(qiáng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：應(yīng)變片、位移計(jì)實(shí)測數(shù)據(jù)：應(yīng)變片、位移計(jì)實(shí)測數(shù)據(jù)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?cè)吭囼?yàn)點(diǎn)可以得到下面的柱子曲線圖：五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析及結(jié)論5.1分析試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)理論計(jì)算所得的承載力為：失穩(wěn)臨界對應(yīng)的荷載Pcr98.230考慮板組約束失穩(wěn)臨界對應(yīng)的荷載Pcr0124.477考慮屈曲后強(qiáng)度的承載力Pu0198.285全截面屈服荷載Py322.861實(shí)際測得失穩(wěn)時(shí)荷載為：