L型柱受压构件试验.ppt

L型截面轴心受压构件试验郭小农同济大学建筑工程系2011.041.理论知识1.1 轴心受压构件的稳定性Ø轴心受压构件 -轴压力通过形心Ø整体失稳破坏 -轴压构件的主要破坏形式 Ø局部失稳破坏 -当板件很薄时，可能发生局部失稳破坏1.理论知识1.2 理想压杆和实际压杆Ø理想压杆 —无缺陷构件Ø实际压杆 —有缺陷构件 Ø缺陷：Ø初弯曲（对压杆承载力有何影响？）Ø初偏心（对压杆承载力有何影响？ ）Ø初扭曲（对压杆承载力有何影响？ ）Ø残余应力（对压杆承载力有何影响？ ）1.理论知识1.3 弹性微分方程和失稳形式n思考 —微分方程的本质是什么？？Ø以上微分方程是根据形心轴还是剪心轴建立的？Ø弯曲失稳Ø扭转失稳Ø弯扭失稳1.理论知识1.4 L型截面压杆的失稳形式n思考：以下各类截面的压杆将发生什么失稳？1.理论知识1.4 L型截面压杆的失稳形式nL型截面为单轴对称截面Ø第1个等式独立，第2、3个等式耦合Ø有2种情况：绕x轴弯曲失稳；或绕y轴弯曲同时绕杆轴扭转的弯扭失稳Ø哪个长细比大，则发生那种失稳1.理论知识1.4 L型截面压杆的失稳形式n思考题：图示L型截面压杆，绕弱轴弯曲后，会发生哪个方向的转动？1.理论知识1.4 L型截面压杆的失稳形式n思考题：图示L型截面压杆，绕剪心扭转后，会发生哪个方向的弯曲？1.理论知识1.4 L型截面压杆的失稳形式n思考：分析L型截面压杆的内力。

n再思考：如果轴向压力通过剪心，会发生什么失稳n继续思考：如果轴向压力通过剪心，微分方程该怎么写？1.理论知识1.5 L型截面压杆的局部稳定问题n三边简支板的弹性临界屈曲应力n规范采用什么办法防止局部失稳？1.理论知识1.5 L型截面压杆的局部稳定问题n思考1：从扭转失稳机理认识局部稳定和扭转失稳之间的关系n思考2：本试验中，板件宽厚比约为20，不满足规范要求，会不会先发生局部失稳？n思考3：L型截面轴心压杆的弯扭失稳总是先于局部失稳发生？n思考4：类似的截面还有哪些？1.理论知识1.5 L型截面压杆的局部稳定问题Ø认识截面的抗扭特性Ø翘曲刚度——对应约束扭转Ø扭转刚度——对应自由扭转Ø思考：判断各类的截面的抗扭刚度1.理论知识1.6 L型截面压杆的欧拉荷载Ø绕x轴弯曲失稳Ø绕y轴弯曲失稳Ø绕z轴扭转失稳Ø绕y轴弯曲同时绕z轴扭转失稳Ø局部失稳1.理论知识1.6 L型截面压杆的欧拉荷载Ø绕x轴弯曲失稳计算长度Ø绕z轴扭转失稳计算长度Ø绕y轴弯曲失稳计算长度端部不能扭转也不能翘曲：1.理论知识1.6 L型截面压杆的欧拉荷载Ø绕x轴弯曲失稳长细比Ø绕z轴扭转失稳长细比Ø绕y轴弯曲失稳长细比Ø弯扭失稳等效长细比Ø上述长细比均可化为相对长细比1.理论知识1.6 L型截面压杆的欧拉荷载n思考1：比较L型截面压杆的5种欧拉荷载随着构件长度的变化规律。

n思考2：比较L型截面压杆的4种长细比随着构件长度的变化规律n思考3：比较L型截面压杆和T型截面压杆的长细比的关系n思考4：杆件的长度越长，扭转效应是越大还是越小？1.理论知识1.7 L型截面压杆的极限承载力Ø有缺陷压杆的弹塑形失稳极限承载力Ø佩利(Perry）公式Ø欧拉公式1.理论知识1.8 L型截面压杆极限承载力的规范计算公式Ø稳定系数Ø柱子曲线2.试验目的Ø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Ø通过试验观察L型截面轴心受压柱的失稳过程和失稳模式 Ø通过试验认识L型截面轴心受压柱的弯扭失稳和局部失稳之间的关系Ø将理论极限承载力和实测承载力进行对比，加深对轴心受压构件稳定系数计算公式的理解3.试验设计3.1 试件设计Ø实现试验目的Ø考虑加载能力Ø考虑经济条件Ø试件设计：Ø试件截面（L型截面）ØB×t＝80×4.0mm；Ø试件长度：L＝300~1500mm；Ø钢材牌号：Q235B；3.试验设计3.1 试件设计3.试验设计3.1 试件设计3.试验设计3.2 支座设计（弯扭失稳）Ø厚板支座；Ø端部不可翘曲Ø端部不可扭转Ø端部不可转动 。

3.试验设计3.2 支座设计（弯曲失稳）Ø实现双向可转动；Ø端部不可翘曲Ø端部不可扭转Ø双刀口支座；Ø转动能力分析3.试验设计3.2 支座设计Ø双刀口支座3.试验设计3.3 测点布置Ø需要测试那些数据？Ø荷载、应变、变形、转角Ø测点数量合理Ø测点的布置方便控制试验过程Ø数据之间可以相互印证3.试验设计3.3 测点布置3.试验设计3.4 承载力估算Ø根据欧拉公式Ø根据《钢结构设计规范》Ø根据局部失稳临界应力Ø采用有限元分析3.试验设计3.4 承载力估算n思考：欧拉荷载，实测荷载，规范曲线荷载之间会有什么关系？为什么？3.试验设计3.5 制定加载制度Ø单调加载 Ø加载初期：分级加载Ø每级荷载约10%*PuØ时间间隔约2分钟Ø接近破坏：连续加载Ø合理控制加载速率Ø连续采集数据Ø卸载阶段：缓慢卸载4.试验准备4.1 试件截面实测Ø名义截面和实际截面之间有差别Øb×tØ实测3个~5个截面4.试验准备4.2 材料拉伸试验Ø试验前已经准备好Ø弹性模量EØ屈服强度fyØ抗拉强度fu4.试验准备4.2 材料拉伸试验4.试验准备4.2 材料拉伸试验4.试验准备4.2 材料拉伸试验试件编号屈服力极限力屈服强度抗拉强度延伸率112.20 17.93 292.57 429.98 26.00%212.00 17.94 285.71 427.21 28.00%314.00 19.54 321.84 449.26 24.00%414.00 18.93 333.33 450.67 22.00%512.00 17.94 285.71 427.14 27.00%613.50 17.79 321.43 423.57 20.00%平均值　　306.77 434.64 24.50%4.试验准备4.3 设备标定Ø我也已经做好了Ø需要标定的设备有Ø千斤顶Ø油压传感器Ø位移计Ø应变片Ø数据采集板4.试验准备4.4 检查测点Ø逐个检查测点是否工作正常4.试验准备4.5 采用实测截面和实测材料特性估算承载力Ø根据欧拉公式Ø根据《钢结构设计规范》Ø根据局部失稳临界应力Ø采用有限元分析4. 试验准备4.6 试件对中Ø竖向放置Ø轴心受压Ø几何对中Ø应变对中4. 试验准备4.7 预加载Ø检测设备是否正常工作Ø检测应变片和位移计Ø压紧试件，消除空隙Ø预加载荷载一般为极限承载力的30%5.开始试验5.1 正式加载Ø先分级加载Ø后连续加载Ø绘制 荷载-位移 实时曲线Ø绘制 荷载-应变 实时曲线5.开始试验5.2 判断极限承载力承载力极限状态确定方法 Ø荷载不继续增加，而试件的变形明显增大 Ø荷载位移曲线越过水平段，开始出现下降Ø注意拍照5.开始试验5.3 卸载试件破坏后开始卸载 Ø绘制卸载曲线 Ø卸载越缓慢，曲线越饱满卸载完成后观察残余变形观察残余应变6.试验结果分析6.1 数据处理Ø获取试验数据Ø绘制荷载-应变曲线6.试验结果分析6.1 数据处理Ø绘制荷载-位移曲线（形心、剪心）Ø绘制荷载-转角曲线6.试验结果分析6.2 实测极限承载力分析Ø和欧拉公式比较Ø和钢结构设计规范比较Ø和有限元分析结果比较6.试验结果分析6.3 试件的缺陷分析Ø方法：根据实测应变反推缺陷Ø原理：荷载较小时，试件处于弹性阶段Ø假设：试件的缺陷用正弦初始弯曲来等效。

Ø公式：6.试验结果分析6.4 荷载-位移曲线跟踪分析Ø采用实测截面、实测材料参数Ø采用实测等效缺陷Ø进行有限元分析Ø考虑几何非线性6.试验结果分析6.5 撰写试验报告Ø参考标准格式Ø试验数据会上传公共邮箱Ø提交电子版doc文件和xls文件。