
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文檔簡介
1、H型截面軸心受壓柱實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)號:姓名:任課老師:實(shí)驗(yàn)老師:實(shí)驗(yàn)日期:2012年03月30日鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告7少一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、通過試驗(yàn)掌握鋼構(gòu)件的試驗(yàn)方法,包括試件設(shè)計(jì)、加載裝置設(shè)計(jì)、測點(diǎn)布置、 試驗(yàn)結(jié)果整理等方法。2、通過試驗(yàn)觀察十字型截面軸心受壓柱的失穩(wěn)過程和失穩(wěn)模式。3、將理論極限承載力和實(shí)測承載力進(jìn)行對比,加深對軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)計(jì) 算公式的理解。二、實(shí)驗(yàn)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:EIx(v -v;V) Nv - -0IV IVEIy(u u;V) Nu Ny0u =0EI.SV f IVEIy(uIV -u0V) N
2、u =0(b)EI /IV 喀)GIO冤)+ r;N e _ R8 = 0(c)說明H型雙軸對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)研究。在彈塑性階段,當(dāng)研究(a)式時(shí),只要截面上的產(chǎn)于 應(yīng)力對稱與 Y軸,同時(shí)又有 明=0和%=0,則該式將始終和其他兩式無關(guān),可 單獨(dú)研究。這樣,壓桿將只發(fā)生Y方向的位移,整體失穩(wěn)呈彎曲變形狀態(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。對于式(c),如果殘余應(yīng)力對稱與 X軸和Y軸分布,同時(shí)假定,u0=0和句=0)-GIC f )-N5 Nyr2NF -R =02、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)歐拉荷載H型截面為雙軸對稱截
3、面,因其剪力中心和形心重合,有x0=y0=0,代入上式可得:IV IV、EIx(v -V0 ) Nv =0(a)鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告則壓桿將只發(fā)生繞Z軸的轉(zhuǎn)動,失穩(wěn)時(shí)桿件呈扭轉(zhuǎn)變形狀態(tài),稱為扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。對于理想壓桿,則有上面三式可分別求得十字型截面壓桿的歐拉荷載為:繞X軸彎曲失穩(wěn):N-2EI二2EI、, TOC o 1-5 h z Ex=,繞丫軸彎曲失穩(wěn):NEy=10 x1.1 GIt 決02 二2 EAr。20y -2 EI1繞Ztt扭轉(zhuǎn)失穩(wěn):NEr =(一GIt) 1Fi0H字型截面壓桿的計(jì)算長度和長細(xì)比為:繞X軸彎曲失穩(wěn)計(jì)算長度:展=巴10,長細(xì)比鼠=lox/ix繞Y軸彎曲失穩(wěn)計(jì)算長度:
4、l0y=Nylo,長細(xì)比,y=ly/iy繞Z軸扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)計(jì)算長度:長細(xì)比一10日=切0,端部不能扭轉(zhuǎn)也不能翹曲時(shí)為=0.5,1上述長細(xì)比均可化為相對長細(xì)比:兀fy3、穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)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NEw二 2EA /曰72 行 0 Ew zw二2E,2wfy佩利公式:;:cr二cify(1;0)二 Exfy +(1+%)Oex1v! 2一2-fyEx再由公式邛=相可算出軸心壓桿的穩(wěn)定性系數(shù)。 fy4、柱子中-九曲線當(dāng)14 0215, 0,8札利t沌0,商曲軸b/h0,8三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):1、試件設(shè)計(jì)(1)試件截面(H形截面)hx bxtwx tf= 100 X60
5、 X4.0 X4.0mm ;(2)試件長度:L= 1300mm ;(3)鋼材牌號:Q235B ;(4)試件立面、截面如圖:鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告i.i-(5)試件設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素1)充分考慮實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,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)考慮一定經(jīng)濟(jì)性。2、支座設(shè)計(jì)(1) 雙刀口支座圖:二270 u 707070鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告(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(gè)方向都能很好的轉(zhuǎn)動。(3)
6、支座模擬的邊界條件實(shí)現(xiàn)雙向可滑動,模擬為雙向較支座。3、測點(diǎn)布置(1)應(yīng)變片、位移計(jì)布置圖(2)測點(diǎn)、通道對應(yīng)表:應(yīng)變片實(shí)際測點(diǎn) 編號位移計(jì)實(shí)際測點(diǎn) 編號S17_4D131_1S27_3D231_25鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告S37_1D331_3S47_2荷載31_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)??紤]到構(gòu)件是雙軸對稱截面,所以會沿弱軸失穩(wěn),將應(yīng)變片貼在翼緣兩端,將位移計(jì)接在 X,Y軸上o4、加載裝置設(shè)計(jì)(1)加載方式一一千斤頂單調(diào)加載本試驗(yàn)中的時(shí)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。加載初期:分級加載;每級荷載約10%Pu;時(shí)間間隔約2min接近
7、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(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錢接的柱承受豎直軸心壓力荷載。四、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備:1、試件截面實(shí)測實(shí)測值見下表:實(shí)測截面平均值截面1截面2截面3截向圖度Hmm104.30103.22105.44104.25截面寬度Bmm60.7661.2960.3860.636腹板厚度Twmm4.004.004.004.00翼緣厚度Tfmm4.2414.424.144.15試件長度Lmm1200.
8、001200.001200.00 1200.00刀口厚度mm36.0036.0036.0036.00計(jì)算長度mm1272.001材性試驗(yàn)屈服強(qiáng)度fyMPa267.001彈性模量EMPa206000.00 鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)際截面性質(zhì):截面規(guī)格截聞圖度Hmm104.30截面寬度Bmm60.77腹板厚度Twmm4.00翼緣厚度Tfmm4.24fyMPa235EMPa206000Iymm4149881.49Ixmm41477591.6Amm2898.612、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EMPa206000.003、試件對中豎向放置一
9、一軸心受壓一一幾何對中一一應(yīng)變對中試加載,根據(jù)應(yīng)變片的應(yīng)變讀數(shù)判斷是否對中并調(diào)整4、測點(diǎn)檢查檢查測點(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)方向鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告5、1)按規(guī)范公式計(jì)算u2 X 206000 X 146276.811272.002=183.810kN2)=13,12mm采用實(shí)測截面和實(shí)測材料特性進(jìn)行承載力計(jì)算 歐拉荷載1272=96,991342t 96.99235-=X = 1.043E n J206000%甲二T-0t = 0.65, a2 = 0.965f cta = 0300a 曠 0,575J=(ovU=133MCf Ty)綜上,理論上承載力應(yīng)該在 133.
10、776183.810kN之間。五、試驗(yàn)結(jié)果初步分析1、試驗(yàn)現(xiàn)象(D加載初期:無明顯現(xiàn)象,隨著加載的上升,柱子的位移及應(yīng)變呈線性 變化,說明構(gòu)件處于彈性階段。(2)接近破壞:應(yīng)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(dá)到了極限承載力,無法繼續(xù)加載。卸鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告載后,有殘余應(yīng)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(yīng)變曲線鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告3、荷載
11、-位移曲線;5、實(shí)測極限承載力比較實(shí)測極限承載大小為135.491kN1)和歐拉公式比較:實(shí)測值小于歐拉荷載183.810kN2)和規(guī)范公式比較:10鋼結(jié)構(gòu)基本原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)測值小于規(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)生這種差異的原因。 實(shí)測極限承載力為135.491kN,小于歐拉荷載,大于規(guī)范公式計(jì)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(yàn)中不可能保證試件沒有缺陷,同時(shí)試件的加載也不可
12、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)范公式計(jì)算是在以初彎曲為1/1000,選用不同的界面形式,不同的 殘余應(yīng)力模式計(jì)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,公式采用了偏于安全的系數(shù),在這個(gè)過程 中規(guī)范所考慮的初始缺陷影響小于此次實(shí)驗(yàn),所以實(shí)驗(yàn)所得的承載力 值小于計(jì)算值。六、試驗(yàn)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,承載力越小;三是無論初偏心R多小, 它的臨界力Ncr永遠(yuǎn)小于歐拉臨界力NE2、殘余應(yīng)力:殘余應(yīng)力使部分截面區(qū)域提前屈服,從而削弱了構(gòu)件剛度,導(dǎo)致 穩(wěn)定承載力下降。3、
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