H型截面轴心受压柱实验

H型截面轴心受压柱实验 一、实验目的 1、通过实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、通过实验观察H型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、基本微分方程 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: IVIV'''' EIvvNvNx()0,，,,,x00 IVIV''''EIuuNuNy()0,，,,, y00 IVIV''''''''2'''' EIGINxNyrNR()()0,,,,,,,,,,,,，，,,,00000t 2、扭转失稳欧拉荷载 H型截面为双轴对称截面，因其剪力中心和形心重合，有 x0, y0 , 0，代入上式可得: IVIV'' (a) EIvvNv()0,，,x0 IVIV''EIuuNu()0,，, (b) y0 IVIV''''2'''' (c) EIGIrNR()()0,,,,,,,,,，,,,000t 说明H型双轴对称截面轴心压杆在弹性阶段工作时，三个微分方程是相互独立的，可分别单独研究。在弹塑性阶段，当研究(a)式时，只要截面上的产于 u,0,,0应力对称与 Y轴，同时又有和，则该式将始终和其他两式无关，可00 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，称为弯曲失稳。这样，式(b)也是弯曲失稳，只是弯曲失稳的方向不同而已。 u,0,,0对于式(c)，如果残余应力对称与 X轴和 Y轴分布，同时假定，和00 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。 对于理想压杆，则有上面三式可分别求得十字型截面压杆的欧拉荷载为: 22,EI,EIyxN,绕X轴弯曲失稳:，绕Y轴弯曲失稳: ,NEy2Ex2ll0y0x 2,EI1,绕Z轴扭转失稳: ,，NGI()Et,22lr00, 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:，长细比 ll,,,,li/00xxxxx0 绕Y轴弯曲失稳计算长度:，长细比 ll,,,,li/00yyyyy0 绕Z轴扭转失稳计算长度:，端部不能扭转也不能翘曲时，ll,,,,0.500,,, 1,,长细比 ,IGI1t,，,2222lArEAr,000, f,y,上述长细比均可化为相对长细比: ,E, 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: 22f,E,EAy,,根据欧拉公式得 ,,NEw2Ew22,,w,ww 2ff，，，，(1)(1),,,,，，yExyEx00佩利公式: ,,,f,,cryEx,,22，， ,cr,再由公式,可算出轴心压杆的稳定性系数。 fy 4、柱子曲线 ,,, 当 当 三、实验 图2.1钢结构柱实验示意图 1、实验步骤 在反力平台上安装试件，安装测力传感器，使用千斤顶施加荷载。加载初期，分级加载，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、试验现象 (1)加载初期:无明显现象，随着加载的上升，柱子的位移及应变呈线性 变化，说明构件处于弹性阶段。 (2)接近破坏:应变不能保持线性发展，跨中截面绕弱轴方向位移急剧增 大。 (3)破坏现象:柱子明显弯曲，支座处刀口明显偏向一侧(可能已经上下 刀口板已经碰到)，千斤顶作用力无法继续增加，试件绕弱轴方向失稳，力不再 增大位移也急剧增加，说明构件已经达到了极限承载力，无法继续加载。卸 载后，有残余应变，说明构件已经发生了塑性变形。