H型截面轴心受压柱实验报告学号：姓名：任课老师：实验老师：实验日期： 2021年 03月 30日钢结构根本原理实验报告一、 实验目的：1、 通过试验掌握钢构件的试验方法,包括试件设计、加载装置设计、测点布置、 试验结果整理等方法.2、 通过试验观察十字型截面轴心受压柱的失稳过程和失稳模式.3、 将理论极限承载力和实测承载力进行比照,加深对轴心受压构件稳定系数计算公式的理解.二、 实验原理：1、 根本微分方程根据开口薄壁杆件理论,具有初始缺陷的轴心压杆的弹性微分方程为：IV IV '' ''Elx(v -Vo ) Nv - Nx(p -0Ely(u -u0V) Nu -Ny^ -0El.(羿-6 )-Git© - %)-Nx门 Nyor r02Nr - Ri -02、 扭转失稳欧拉荷载H型截面为双轴对称截面,因其剪力中央和形心重合,有 x0=y0=0,代入上式可得：EIx(vIV -v0V) Nv" -0 (a)EIy(uIV -u0V)+Nu =0 (b)ElIV -4V) -GI t(日''-日0) + ne'' - r日''=0 (c)说明H型双轴对称截面轴心压杆在弹性阶段工作时,三个微分方程是相互独 立的,可分别单独研究.在弹塑性阶段,当研究(a)式时,只要截面上的产于 应力对称与丫轴,同时又有u°=0和厲=0,那么该式将始终和其他两式无关,可 单独研究.这样,压杆将只发生丫方向的位移,整体失稳呈弯曲变形状态,称为 弯曲失稳.这样,式(b)也是弯曲失稳,只是弯曲失稳的方向不同而已.对于式(c),如果剩余应力对称与 X轴和丫轴分布,同时假定,u0 =0和二0=0钢结构根本原理实验报告那么压杆将只发生绕Z轴的转动,失稳时杆件呈扭转变形状态,称为扭转失稳 对于理想压杆,那么有上面三式可分别求得十字型截面压杆的欧拉荷载为：绕X轴弯曲失稳:Nex二 2EI20x,绕丫轴弯曲失稳:“Ey 二二2Ely20y绕Ztt扭转失稳：NEr珂具…Git」%日 r0H字型截面压杆的计算长度和长细比为：绕X轴弯曲失稳计算长度：lox二Jxlo,长细比'x =l°x/ix上述长细比均可化为相对长细比:绕丫轴弯曲失稳计算长度：l0y = %1.,长细比’y =l0y /iy绕Z轴扭转失稳计算长度：lo.厂■' Jo,端部不能扭转也不能翘曲时二.-0.5,#二2E fy=q 2 = —2扎 aw ' w佩利公式:3、稳定性系数计算公式H字型截面压杆的弯曲失稳极限承载力:根据欧拉公式New = 牛得二EW'w再由公式 生可算出轴心压杆的稳定性系数.fy4、柱子,-'曲线当 1＜：: . ■ ： _ -"h+ a3X + z2)" —钢结构根本原理实验报告叫=0£Sf a2 = 0.965,03 = 0.300壬一轧赳bAKD.8,对鸭抽0 40 SO 120 160 200Z ] E曲按I T悍按轧倒认林| |悍蜀科解呻.姑两主細乂 澤接轧嗣逛对网主刖埠援.轧料讪丄詞0对强轴轧制,400,8AH t>8a对致ft b/hx).8三、实验设计:1、试件设计(1) 试件截面(H形截面)hx bx twX tf= 100 x60 x4.0 x4.0mm ；(2) 试件长度：L = 1300mm ;(3) 钢材牌号：Q235B ;(4) 试件立面、截面如图：钢结构根本原理实验报告〔5〕试件设计时考虑的因素1〕 充分考虑实验目的,设计构件的破坏形式为沿弱轴弯曲失稳;2〕 合理设计构件的尺寸,使其能够在加载仪器上加载；3〕 考虑一定经济性.2、支座设计(1)双刀口支座图70转动施力分折 刀口详图钢结构根本原理实验报告(2) 支座设计原理双刀口支座由3块钢板组成,中间一块钢板上外表开有横槽,下外表开有纵 槽；上钢板那么设有一道横刀口,下钢板设有一道纵刀口.将这3块钢板和在一起 就组成了双刀口支座,它在两个方向都能很好的转动.(3) 支座模拟的边界条件实现双向可滑动,模拟为双向铰支座.3、测点布置(1) 应变片、位移计布置图S3S4(2) 测点、通道对应表:应变片实际测点 编号位移计实际测点编号S17 4D131 1S27 3D231 2钢结构根本原理实验报告S37_1D331_3S47_2荷载31_7(3) 应变片和位移计布置原理.构件跨中截面布置了应变片和位移计.考虑到构件是双轴对称截面,所以会沿弱轴失稳,将应变片贴在翼缘两端,将位移计接在 X,Y轴上.4、加载装置设计(1) 加载方式一一千斤顶单调加载本试验中的时间均采用竖向放置.采用油压千斤顶和反力架施加竖向荷载.加载初期：分级加载；每级荷载约10%Pu ;时间间隔约2min.接近破坏：连续加载；合理限制加载速率；连续采集数据卸载阶段：缓慢卸载(2) 加载装置图(3) 加载原理千斤顶在双刀口支座上产生的具有一定面积的集中荷载通过刀口施加到试 件上,成为近似的线荷载,在弱轴平面内是为集中于轴线上的集中力.(4) 加载装置模拟的荷载条件两端铰接的柱承受竖直轴心压力荷载.四、实验准备:1、试件截面实测实测值见下表:实测截面平均值截面1截面2截面3截面咼度Hmm104.30103.22105.44104.25截面宽度Bmm60.7661.2960.3860.63腹板厚度Twmm4.004.004.004.00翼缘厚度Tfmm4.24 :4.424.144.15试件长度Lmm1200.001200.001200.00 1200.00刀口厚度mm36.0036.0036.0036.00计算长度mm1272.00 :材性试验屈服强度fyMPa267.00「弹性模量EMPa206000.00 ]钢结构根本原理实验报告实际截面性质:截面规格截面咼度Hmm104.30截面宽度Bmm60.77腹板厚度Twmm4.00翼缘厚度Tfmm4.24fyMPa235E 「MPaP 206000 :iymm4149881.49lxmm41477591.6Amm2898.612、材料拉伸试验：给出屈服强度、弹性模量材性试验单位数值屈服强度fyMPa267.00弹性模量EMPa206000.003、试件对中竖向放置 轴心受压 几何对中 应变对中试加载,根据应变片的应变读数判断是否对中并调整 4、测点检查检查测点应变片和位移计是否正常工作,并确定位移计的正负方向钢结构根本原理实验报告5、采用实测截面和实测材料特性进行承载力计算1〕 欧拉荷载nzEL t? X 206000 X 146276.81Ne = —二 ； =183f810kNK 1272.002=13,12mm2〕 按标准公式计算#1^-
