钢结构演示实验报告

H型截面受弯构件试验实验报告

姓名：居玥辰

学号：1450711

专业：土木工程专业

组别：H梁-1

实验教师：王伟

理论教师：吴明儿

1．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H型截面受弯构件的失稳过程和失稳模式。将理论极限承载力和实测承载力进行对比，验证弹性临界弯矩公式和规范计算公式。

2．试验原理

2.1受弯构件的主要破坏形式

●截面强度破坏：即随着弯矩的增大，截面自外向内逐渐达到屈

服点，截面弹性核逐渐减小，最后相邻截面在玩具作用下几乎

可以自由转动，此时截面即达到了抗弯承载力极限，发生强度

破坏；另外若构件剪力最大处达到材料剪切屈服值，也视为强

度破坏。

●整体失稳：单向受弯构件在荷载作用下，虽然最不利截面的弯

矩或者与其他内力的组合效应还低于截面的承载强度，但构件

可能突然偏离原来的弯曲变形平面，发生侧向挠曲或者扭转，

即构件发生整体失稳。

●局部失稳：如果构件的宽度与厚度的比值太大，在一定荷载条

件下，会出现波浪状的鼓曲变形，即局部失稳；局部失稳会恶

化构件的受力性能，是构件的承载强度不能充分发挥。

2.2基本微分方程

距端点为z处的截面在发生弯扭失稳后，截面的主轴和纵轴的切线方

向与变形前坐标轴之间产生了一定的夹角，把变形后截面的两主轴方向和构件的纵轴切线方向分别记为，则：

或：

；

第一式是绕强轴的弯曲平衡方程，仅是关于变位的方程，后两式则是变位耦连方程，表现为梁整体失稳的弯扭变形性质。2.3弯扭失稳的临界荷载值

（1）弹性屈曲范围

由上述基本微分方程可求得纯弯梁的弯扭屈曲临界弯矩公式，即：

又由绕y轴弯曲失稳

绕z轴扭转失稳

可推得：

●考虑支撑条件的变化：

其中

●考虑荷载作用方式的变化：

其中：为荷载作用方式系数，纯弯曲时取1.0；满跨均布荷载时取

1.13；跨中中央一点集中荷载时取1.35；两端作用等值反向弯矩时取

2.65。

●考虑截面形式变化：

其中：a 为横向荷载作用点到截面剪力中心的距离；

为反映截面不均匀程度的参数；

为与荷载类型有关的截面系数，纯弯是分别为0和1 ；满跨均布时分别取0.46和0.53;跨中中央一点集中荷载时分别取

0.55和0.40。

（2）非弹性屈曲

其中：

为考虑沿构件轴向应力对扭转影响的系数；

2.4稳定系数计算公式

●规范规定，受弯构件稳定系数计算公式如下：

3. 试验设计

3.1试件设计

●考虑的因素：实现试验目的、考虑加载能力、考虑经济条件

●试件材质：钢材Q235B

●试件描述：H型截面H×B×tw×tf＝100×40×4.0×4.0mm

●试件加工图和照片

3.2支座设计

●模拟的边界条件：端部可绕强轴自由转动、端部可绕弱轴自由转

动、端部不可扭转、端部可以自由翘曲；

●设计原理：水平方向用双刀口夹紧试件上下翼缘的侧边，从而可

以起到限制梁的侧向位移，但允许绕强轴转动的条件；竖向梁端部搁置在支座上，可以自由转动，但无法发生扭转及竖向位移，从而达到模拟简支梁的效果。

●支座简图及照片：

3.3测点布置

●应变片和位移计布置原理：需要测量的数据：荷载、应变、变形、

转角；测点数量应该合理（考虑数据的必要性以及可以利用的通道数等）；测点的布置应该方便控制试验过程；数据之间应该可以相互印证。

●应变片布置图位移计布置图

3.4加载装置设计

●加载原理：逐级在吊篮上添加质量块，使上述重量通过吊篮设备

传至简支梁跨中部位，形成集中荷载；

● 加载装置所模拟的荷载条件：两端铰支梁在跨中作用集中荷载 ● 加载方式：单调加载；

加载初期：分级加载，每级荷载约10%*Pu ，时间间隔

约2分钟

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

● 加载装置图：

3.5 根据实测截面和实测材料特性估算承载力 ● 根据弹性理论

4

cr cr L M P =⋅即4cr

cr M P L ⋅=

（1）若按铰接计算，求得：

2.612(266.53)cr P kN kg =

（2）若按刚接计算，求得：

6.018(614.13)cr P kN kg =

● 根据《钢结构设计规范》

（1）若按铰接计算，求得：

1.988(20

2.86)cr P kN kg =

（2）若按刚接计算，求得：

5.482(559.35)cr P kN kg =

3.6制定加载制度 ● 单调加载

● 加载初期：分级加载每级荷载约10%u P ⋅时间间隔约为2分钟 ● 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

4.试验准备

4.1实测试件截面 实测截面图如图所示

所测数据如下表所示。

实测截面平均值截面1 截面2 截面3 截面高度H mm 120.07 119.90 120.00 120.30 截面宽度B mm 35.13 35.10 35.50 34.80 腹板厚度

2.73 2.7 2.5

3.00

Tw mm

翼缘厚度

3.00 2.80 3.10 3.10

Tf mm

试件长度L mm 2270.00 2270.00 2270.00 2270.00 试件跨度mm 2270.00

材性试验

屈服强度fy MPa 267.00

弹性模量E MPa 206000.00

拉断强度

402.00

fu MPa

4.2试件拉伸试验