H型柱轴心受压构件试验报告(同济大学)

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1、H型柱轴心受压构件试验学生：*****实验老师：*****一、试验目的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、通过试验观察工字形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对比，加深对轴心受压构件稳定系数计算公式的理解。二、试验原理2.1轴心受压构件的可能破坏形式轴心受压构件的截面若无削弱，一般不会发生强度破坏，整体失稳或局部失稳总发生在强度破坏之前。其中整体失稳破坏是轴心受压构件的主要破坏形式。轴心受压构件在轴心压力较小时处于稳定平衡状态，如有微小干扰力使其偏离平衡位置，则在干扰力除去后，仍能回复

2、到原先的平衡状态。随着轴心压力的增加，轴心受压构件会由稳定平衡状态逐步过渡到随遇平衡状态，这时如有微小干扰力使基偏离平衡位置，则在干扰力除去后，将停留在新的位置而不能回复到原先的平衡位置。随遇平衡状态也称为临界状态，这时的轴心压力称为临界压力。当轴心压力超过临界压力后，构件就不能维持平衡而失稳破坏。轴心受压构件整体失稳的破坏形式与截面形式有密切关系，与构件的长细比也有关系。一般情况下，双轴对称截面如工形截面、H形截面在失稳时只出现弯曲变形，称为弯曲失稳。2.2基本微分方程钢结构压杆一般都是开口薄壁杆件。根据开口薄壁理论，具有初始缺陷的轴心压杆的弹性微分方程为IVIVEIvv

3、NvNx00x0IVIVEIuuNuNy00y0IVIV2EI0GIt0Nx0vNy0ur0NR0H型柱为双轴对称截面，其剪力中心与形心重合，所以有：x00y00IVIV''EI(0)N0IVIV''EIy(0)N0_IVIV'''2''EIw(0)GIt(0)r0N0R00由上式知双轴对称截面轴心压杆在弹性阶段工作时，三个微分方程是互相独立的。只要u0v0截面上的残余应力对称于Y轴，同时又有0，0，则第一式将始终与其他两式无

4、关，可以单独研究。这样，压杆将只发生Y方向的位移，整体失稳呈弯曲变形状态，成为弯曲失稳。同样，对于第二式也是弯曲失稳，只是弯曲失稳的方向不同而已。对于第三式，如果残u0v0余应力对称于X轴和Y轴分布，同时假定，0，0，则压杆将只发生绕Z轴的转动，失稳时杆件呈扭转变形状态，称为扭转失稳。对于一般的双轴对称截面，弯曲失稳的极限承载力小于扭转失稳，不会出扭转失稳的现象。此处的H型柱就是属于这类情况。2.3H型截面压杆的欧拉荷载2EIxNEx2绕x轴弯曲失稳：lox2EIyNEy2loy绕y轴弯曲失稳：2EI_1N（wGItR）E22lor0绕z轴弯曲失稳：l/

5、i其中，绕x轴弯曲失稳长细比为：xoxxl/i绕y轴弯曲失稳长细比为：yoyy1θI1GIωt2222lArEAr绕z轴扭转失稳长细比为：0θ00fy上述长细比均可化为相对长细比：E稳定系数：2cr10.65f当0.215时，y12222cr20.9650.30.9650.34fy2当0.215时，相对长细比最大者先发生破坏，因而可以根据实测截面尺寸，计算各相对长细比，将最大长细比带入相应的失稳临界力及得此构件的欧拉极限承载力2.4H型截面压杆极限承载力的规范计算其中φ取决于构件的初始

6、缺陷，根据构件的截面类型和加工过程的不同，将构件初始缺陷分为a类、b类、c类三类，各类缺陷的φ根据其所属缺陷曲线取值。三、实验设计3.1试件设计（1）试件截面（工字形截面）：H×B××＝100×50×3.0×4.0mm；（2）试件长度：L＝1200mm；（3）钢材牌号：Q345B（屈服强度=345MPa，弹性模量E=206000.00MPa）；（4）刀口厚度为36.00mm（5）试件立面、截面如图：（5）实测截面及材性实测截面单位平均值截面1截面2截面3截面高度Hmm101.12101.12100.97101.39截面宽度Bmm50.8850.3550.9051.38腹板厚度3.0

7、03.003.003.00mm翼缘厚度3.813.883.763.80mm试件长度Lmm1200.001200.001200.001200.00刀口厚度mm36.0036.0036.0036.00计算长度Lxmm1272.00计算长度Lymm1272.00计算长度Lwmm600.00材性试验屈服强度fyMPa306.77弹性模量EMPa206000.00（6）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