同济钢结构实验报告

报告名称：《钢结构实验原理实验报告》——H型柱受压构件试验姓名：

学号：

时间：2014年12月

E-mail ：

T E L ：

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、实验原理

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、基本微分方程

（1）、钢结构压杆一般都是开口薄壁杆件。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：

由微分方程可以看出构件可能发生弯曲失稳，扭转失稳，或弯扭失稳。对于H

型截面的构件来说由于

所以微分方程的变为：

()()0

200

t

IV

0IV

=''-''+''+''-''-''--θθθθθθ

ω

R N

r

u Ny v Nx GI EI ()0

IV

IV

=''+''+-θNy u N u u EI y

()

0IV

0IV =''-''+-θNx v N v v EI x 000==y x ()

()0200

t 0IV ω=''-''+''-''--θθθθθθR N r GI EI IV

()0

IV 0

IV

y

=''+-u N u u

EI ()

IV 0IV x =''+-v N v v EI

由以上三个方程可以看出：

➢ 3个微分方程相互独立

➢ 只可能单独发生绕x 弯曲失稳，或绕y 轴弯 曲失稳，或绕杆轴扭转失稳。

➢ 失稳形式的类型取决于长细比，长细比大的发生。

（2、H 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：00x x l l μ=，长细比0/x x x l i λ= 绕Y 轴弯曲失稳计算长度：00y y l l μ=，长细比0/y y y l i λ= 绕Z 轴扭转失稳计算长度：00l l θθμ=，端部不能扭转也不能翘曲时

0.5θμ=，长细比222

2

0001t

I GI l Ar EAr θωθλπ=

+⋅

上述长细比均可化为相对长细比：y f E

λ

λπ

=

（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22

Ew w EA

N πλ=得222y Ew w w

f E πσλλ== 佩利公式：2

00(1)(1)2

2y Ex

y Ex cr y Ex f f f εσεσσσ++++⎡⎤=--⎢⎥⎣⎦

再由公式cr

y

f σϕ=

可算出轴心压杆的稳定性系数。 （4）、柱子ϕλ-曲线 当

当

三、实验设计

1、试件设计

考虑因素：

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。

最终设计形式

➢试件截面（工字形截面）；

➢h×b×t w×t f＝100×60×4.0×4.0mm；

➢试件长度：L＝1000~1300mm；

➢钢材牌号：Q235B；

具体截面形式如下图：

2、支座设计

设计原理：

双刀口支座由3块钢板组成，中间一块钢板上表面开有横槽，下表面开有纵槽；上钢板则设有一道横刀口，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。实现双向可滑动，模拟为双向铰支座。

具体形式见下图：

3、测点布置

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

应变片实际测点编

号

S1 43_1

S2 43_2

S3 43_3

S4 43_4

位移计

D1 31_1

D2 31_2

D3 31_3

荷载31_7

4、加载设计

（1）加载方式——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

控制加载速率；连续采集数据。

卸载阶段：缓慢卸载。

（2）加载装置图