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ξ，η，ζ，则：

Mξ=-EIXν''≈Mx；

Mη=-EIyu''≈Mxθ；

Mζ=GIt-EIwθ'''≈Mxu'；

或：EIXν''+Mx=0；

EIyu''+Mxθ=0；

GIt-EIwθ'''-Mxu'=0；

第一式是绕强轴的弯曲平衡

方程，仅是关于变位ν 的方程，后两式则是变位u 和θ 的耦连方程，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：Mocrx=π2EIyl2IwIy(1+GItl2π2EIw)

又由绕y轴弯曲失稳NEy=π2EIyloy2

绕z轴扭转失稳NEθ=(π2EIwloθ2+GIt)/r02

可推得：Mcrx=r0NEyNEθ=r0NEyNEθ/NEy

考虑支撑条件的变化：

Mcrx=π2EIy(μyl)2IwIy[μy2μw2+GIt(μyl)2π2EIw]

其中：μy和μw为支撑条件决定的系数

●考虑荷载作用方式的变化：

Mcrx=β1Mocrx

其中：β1 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：

Mcrx=β1π2EIyl2[β2a+β3By+(β2a+β3By)2+IwIy(1+GItl2π2EI w)]

其中：a 为横向荷载作用点到截面剪力中心的距离；

By为反映截面不均匀程度的参数；

β2、β3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

Mcrx=π2（EIy）tl2（EIw）t（EIy）t{1+[(GIt）t+k]l2π2(EIw）t}

其中：（EIy）t、（EIw）t、(GIt)t均为考虑塑性影响的截面有效刚度；

k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：

MxφbWxfd≤1

φb=βb4320λ2AhWx[1+λyt14.4h2+ηb]×235fy

φb'=1.07-0.282φb≤1.0

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