H型截面受弯构件试验

《钢结构基本原理》

实验报告

（共页）

姓名：

学号：

专业：土木工程地下系

学院：土木工程学院

试验名称： H型截面受弯构件试验

试验时间： 2012年5月22日

试验组号： H梁-3

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=−EI Xν′′≈M x；

Mη=−EI y u′′≈M xθ；

Mζ=GI t−EI wθ′′′≈M x u′；

或：EI Xν′′+M x=0；

EI y u′′+M xθ=0；

GI t−EI wθ′′′−M x u′=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：

M ocrx=π2EI y

l2

√

I w

I y

(1+

GI t l2

π2EI w

)

又由绕y轴弯曲失稳N Ey=π2EI y

l oy2

绕z轴扭转失稳N Eθ=(π2EI w

l oθ2

+GI t)/r02可推得：M crx=r0√N Ey N Eθ=r0N Ey√N Eθ/N Ey

●考虑支撑条件的变化：

M crx=π2EI y

(μy l)2

√

I w

I y

[

μy2

μw2

+

GI t(μy l)2

π2EI w

]

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：

M crx=β1M ocrx

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：

M crx=β1π2EI y

l2

[β2a+β3B y+√(β2a+β3B y)2+

I w

I y

(1+

GI t l2

π2EI w

)]

其中：a 为横向荷载作用点到截面剪力中心的距离；

B y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

M crx=π2（EI y）

t

l2

√

（EI w）

t

（EI y）

t

{1+

[(GI t）

t

+k̅]l2

π2(EI w）

t

}

其中：（EI y）

t 、（EI w）

t

、(GI t)t

均为考虑塑性影响的截面有效刚度；

k̅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：

M x

φb W x f d

≤1

φb=βb 4320

λ2

Aℎ

W x

[√1+(

λy t1

4.4ℎ

)

2

+ηb]×

235

f y φb′=1.07−

0.282

φb

≤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：