2022年H型截面軸心受壓柱實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、H型截面軸心受壓柱試驗(yàn)報(bào)告 學(xué)號(hào)：姓名：任課老師：試驗(yàn)老師：試驗(yàn)日期： 2022年 03 月 30 日一、試驗(yàn)?zāi)康模?、通過(guò)試驗(yàn)把握鋼構(gòu)件的試驗(yàn)方法,包括試件設(shè)計(jì)、加載裝置設(shè)計(jì)、測(cè)點(diǎn)布置、試驗(yàn)結(jié)果整理等方法；2、通過(guò)試驗(yàn)觀看十字型截面軸心受壓柱的失穩(wěn)過(guò)程和失穩(wěn)模式；3、將理論極限承載力和實(shí)測(cè)承載力進(jìn)行對(duì)比,式的懂得；二、試驗(yàn)原理：1、基本微分方程加深對(duì)軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)固系數(shù)運(yùn)算公依據(jù)開(kāi)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、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)歐拉荷載H型截面為雙軸對(duì)稱截面,因其剪力中心和形心重合,有 x0. y0. 0,代入上式可得：EIEIxvIVIV v 0Nv002 r NR0

2、ayuIVIV u 0NubEIIVIVGItc00說(shuō)明 H型雙軸對(duì)稱截面軸心壓桿在彈性階段工作時(shí),三個(gè)微分方程是相互獨(dú)立的,可分別單獨(dú)討論；在彈塑性階段,當(dāng)討論（a）式時(shí),只要截面上的產(chǎn)于應(yīng)力對(duì)稱與Y軸,同時(shí)又有u00和00 ,就該式將始終和其他兩式無(wú)關(guān),可單獨(dú)討論；這樣,壓桿將只發(fā)生 Y方向的位移, 整體失穩(wěn)呈彎曲變外形態(tài), 稱為彎曲失穩(wěn)； 這樣,式（ b）也是彎曲失穩(wěn),只是彎曲失穩(wěn)的方向不同而已；對(duì)于式（ c）,假如殘余應(yīng)力對(duì)稱與X軸和 Y軸分布,同時(shí)假定,u00和00就壓桿將只發(fā)生繞Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng),失穩(wěn)時(shí)桿件呈扭轉(zhuǎn)變外形態(tài),稱為扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)；對(duì)于抱負(fù)壓桿,就有上面三式可分別求得十字型截面壓桿的

3、歐拉荷載為：繞 X軸彎曲失穩(wěn)：NEx2EIx,繞 Y軸彎曲失穩(wěn)：NEy2EIy2 l 0 xl2繞 Z軸扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)：NEGIt10y2EIl2 02 r 0H字型截面壓桿的運(yùn)算長(zhǎng)度和長(zhǎng)細(xì)比為：比繞 X軸彎曲失穩(wěn)運(yùn)算長(zhǎng)度：l0 xxl ,長(zhǎng)細(xì)比xl0/ix0.5 ,長(zhǎng)細(xì)繞Y軸彎曲失穩(wěn)運(yùn)算長(zhǎng)度：l0yyl ,長(zhǎng)細(xì)比yl0/iy繞Z軸扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)運(yùn)算長(zhǎng)度：l0l ,端部不能扭轉(zhuǎn)也不能翹曲時(shí)1yfI1GItl22 Ar 022 EAr 00上述長(zhǎng)細(xì)比均可化為相對(duì)長(zhǎng)細(xì)比：E3、穩(wěn)固性系數(shù)運(yùn)算公式H字型截面壓桿的彎曲失穩(wěn)極限承載力：依據(jù)歐拉公式NEw2EA得Ew2Efy2fyEx222佩利公式：crwwwfy1

4、0Exfy10Ex22再由公式cr可算出軸心壓桿的穩(wěn)固性系數(shù)；yf4、柱子 曲線當(dāng). .0.215, = .= 1 - .1. .cr .2當(dāng). .0.215, = .= .cr2. .2 .2 + .3. 1.+ . .2 - .2 + .3. .+ . .2 2 - 4. .2 .1 = 0.65,.2 = 0.965,.3 = 0.300三、試驗(yàn)設(shè)計(jì)：1、試件設(shè)計(jì)（ 1）試件截面（ H形截面）h b tw tf100 60 4.0 4.0mm；（ 2）試件長(zhǎng)度： L1300mm；（ 3）鋼材牌號(hào)： Q235B；（ 4）試件立面、截面如圖：（ 5）試件設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素1 充分考慮試驗(yàn)?zāi)康?

5、設(shè)計(jì)構(gòu)件的破壞形式為沿弱軸彎曲失穩(wěn)；2 合理設(shè)計(jì)構(gòu)件的尺寸,使其能夠在加載儀器上加載；3 考慮肯定經(jīng)濟(jì)性；2、支座設(shè)計(jì)（ 1） 雙刀口支座圖（ 2）支座設(shè)計(jì)原理雙刀口支座由 3塊鋼板組成,中間一塊鋼板上表面開(kāi)有橫槽,下表面開(kāi)有縱槽；上鋼板就設(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(gè)方向都能很好的轉(zhuǎn)動(dòng)；（ 3）支座模擬的邊界條件實(shí)現(xiàn)雙向可滑動(dòng),模擬為雙向鉸支座；3、測(cè)點(diǎn)布置（ 1）應(yīng)變片、位移計(jì)布置圖（ 2） 測(cè)點(diǎn)、通道對(duì)應(yīng)表：應(yīng)變片實(shí)際測(cè)位移計(jì)實(shí)際測(cè)S1點(diǎn)編號(hào)D1點(diǎn)編號(hào)7_431_1S27_3D231_2S37_1D331_3S47_2荷載31_

6、7（ 3） 應(yīng)變片和位移計(jì)布置原理；構(gòu)件跨中截面布置了應(yīng)變片和位移計(jì)；考慮到構(gòu)件是雙軸對(duì)稱截面,所以會(huì)沿弱軸失穩(wěn),將應(yīng)變片貼在翼緣兩端,將位移計(jì)接在 X,Y軸上；4、加載裝置設(shè)計(jì)（ 1）加載方式千斤頂單調(diào)加載本試驗(yàn)中的時(shí)間均采納豎向放置；采納油壓千斤頂和反力架施加豎向荷載；加載初期：分級(jí)加載；每級(jí)荷載約10%Pu；時(shí)間間隔約 2min；接近破壞：連續(xù)加載；合理掌握加載速率；連續(xù)采集數(shù)據(jù)；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)生的具有肯定面積的集中荷載通過(guò)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

7、兩端鉸接的柱承擔(dān)豎直軸心壓力荷載；四、試驗(yàn)預(yù)備：1、試件截面實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)值見(jiàn)下表：實(shí)測(cè)截面mm平均值截面 1截面 2截面 3截面高度 H104.30 103.22 105.44 104.25 截面寬度 Bmm60.7661.29 60.3860.63 腹板厚度 Twmm4.00 4.00 4.00 4.00 翼緣厚度 Tfmm4.24 4.424.144.15試件長(zhǎng)度 Lmm1200.00 1200.00 1200.00 1200.00 刀口厚度mm36.00 36.00 36.00 36.00 運(yùn)算長(zhǎng)度mm1272.00 材性試驗(yàn)屈服強(qiáng)度 fyMPa267.00 彈性模量 EMPa206000.

8、00 實(shí)際截面性質(zhì)：截面規(guī)格截面高度 Hmm104.30截面寬度 Bmm60.77腹板厚度 Twmm4.00翼緣厚度 Tfmm4.24fyMPa235EMPa206000Iymm4149881.49Ixmm41477591.6898.61Amm22、材料拉伸試驗(yàn)：給出屈服強(qiáng)度、彈性模量材性試驗(yàn)單位數(shù)值屈服強(qiáng)度 fyMPa267.00 彈性模量 EMPa206000.00 3、試件對(duì)中豎向放置軸心受壓幾何對(duì)中應(yīng)變對(duì)中試加載,依據(jù)應(yīng)變片的應(yīng)變讀數(shù)判定是否對(duì)中并調(diào)整；4、測(cè)點(diǎn)檢查檢查測(cè)點(diǎn)應(yīng)變片和位移計(jì)是否正常工作,并確定位移計(jì)的正負(fù)方向；5、采納實(shí)測(cè)截面和實(shí)測(cè)材料特性進(jìn)行承載力運(yùn)算1） 歐拉荷載N

9、E =2EI y=2 206000 146276.81 1272.002= 183.810kNl0y 22） 按規(guī)范公式運(yùn)算I y = 149881.49mm4=cr=iy =Iy A = 13.12mm22- 4 y=l0y= 1272 13.12 = 96.99iy . =y yfy E = 96.99 235 206000= 1.0431 2 2 + 3 + 22 2 -2 + 3 + f y1 = 0.65,2 = 0.965,3 = 0.300y = 0.575N cr = yfyA = 133.776kN綜上,理論上承載力應(yīng)當(dāng)在五、試驗(yàn)結(jié)果初步分析1、試驗(yàn)現(xiàn)象133.776183.

10、810kN之間；（ 1）加載初期：無(wú)明顯現(xiàn)象,隨著加載的上升,柱子的位移及應(yīng)變呈線性變化,說(shuō)明構(gòu)件處于彈性階段；（ 2）接近破壞：應(yīng)變不能保持線性進(jìn)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)遇到）,千斤頂作用力無(wú)法連續(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(shuō)明構(gòu)件已經(jīng)達(dá)到了極限承載力,無(wú)法連續(xù)加載；卸載后,有殘余應(yīng)變,說(shuō)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(yīng)變曲線3、荷載 -位移曲線；5、實(shí)測(cè)極限承載力比較實(shí)測(cè)極限承載大小為 135.491kN；1）和

11、歐拉公式比較：實(shí)測(cè)值小于歐拉荷載 183.810kN2）和規(guī)范公式比較：實(shí)測(cè)值小于規(guī)范得出的極限荷載 133.776kN；6、分析試驗(yàn)結(jié)果和理論值之間的差異,分析產(chǎn)生這種差異的緣由；實(shí)測(cè)極限承載力為 135.491kN,小于歐拉荷載,大于規(guī)范公式運(yùn)算結(jié)果；1）歐拉公式是采納“ 抱負(fù)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,材料是完全勻稱和彈性的,沒(méi)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(yàn)中不行能保證試件沒(méi)有缺陷,同時(shí)試件的加載也不行能完全處于軸線上,故實(shí)際承載力低于歐拉公式算得力；2）規(guī)范公式運(yùn)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(yīng)力模式運(yùn)算出近 200 條柱子曲線；并使用數(shù)理方程的統(tǒng)計(jì)方式,將這些曲線分成 4組,公式采納了偏于安全的系數(shù),在這個(gè)過(guò)程中規(guī)范所考慮的初始缺陷影響小于此次試驗(yàn),所以試驗(yàn)所得的承載力值小于運(yùn)算值；六、試驗(yàn)結(jié)果深化分析1、初偏心：由于制造、安裝誤差的存在,壓桿也肯定存在不同程度的初偏心；初偏心對(duì)壓桿的影響與初彎曲的非常相像,一是壓力一開(kāi)頭就產(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?。蝗菬o(wú)論初偏心e 0多小 ,它的臨界力 Ncr永久小于歐拉臨界力 NE ；2、殘余應(yīng)力：殘余應(yīng)力使部分截面區(qū)域提前屈服,從而減弱了構(gòu)件剛度,導(dǎo)致穩(wěn)固承載力下降；3、