1、钢结构实验原理实验报告 T 型柱受压构件试验1551924 张舒翔一、 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 T 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. 可能发生的失稳形式（1） 绕 x 轴弯曲失稳（2） 绕 y 轴弯曲同时绕杆轴扭转的弯扭失稳2. 基本微分方程 00xEIvNvxyuuy20t000 0IGINxvyurNR 而对于 T 型截面，X 0=0,Y00,得到xEIvNv00yuuy2t 000I
2、GINxvyurN 3. 长细比计算4. T 型截面的欧拉荷载5. T 型截面压杆的极限承载力三、 实验设计1. T 型截面加工示意图2. 支座设计形成约束：双向可转动端部不可翘曲端部不可扭转3. 应变片及位移计布置4. 承载力估算(1) 规范公式 2232232ycr 41 f(2) 欧拉公式 2/1所测得的承载力应介于两者之间四、 实验前准备1. 构件数据测量实 测 截 面 平 均 值 截 面 1 截 面 2 截 面 3截 面 高 度 H mm 80.24 80.40 80.17 80.14截 面 宽 度 B mm 49.66 49.62 49.74 49.63腹 板 厚 度 Tw mm
3、3.72 3.70 3.62 3.84翼 缘 厚 度 Tf mm 3.77 3.84 3.69 3.79试 件 长 度 L mm 600.00 600.00 600.00 600.00刀 口 厚 度 mm 36.00计 算 长 度 Lx mm 672.00计 算 长 度 Ly mm 672.00计 算 长 度 Lw mm 296.00材 性 试 验屈 服 强 度 fy MPa 306.77弹 性 模 量 E MPa 206000.002. 承载力估算将截面特性带入公式得x 25.78y 74.06 81.36 100.32x_ 0.3167y_ 0.9098_ 0.9994 1.2322即发生
4、弯扭失稳(1) 欧拉公式计算的承载力21/0.6589.3EyNAfKN(2) 规范公式计算的荷载查表为 0.466167.4cryf则最终承载力应为 67.47-95.33KN3. 正式加载前准备检查应变片及位移计工作良好并进行预加载，预加载荷载一般为极限承载力的 30%，可实现检测设备是否正常工作、检测应变片和位移计、压紧试件，消除空隙。并且若发现初偏心过大还可进行偏心调整。五、 正式加载1. 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
5、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。荷载不继续增加，而试件的变形明显增大荷载位移曲线越过水平段，开始出现下降(4) 构件发生弯扭失稳破坏。(5) 破坏照片：2. 承载力分析极限承载力为 76.24KN，小于欧拉公式计算的承载力，大于按规范计算的承载力。原因分析1） 拉公式是采用“理想弹性压杆模型” ，即假定杆件是等截面直杆，压力的作用线与截面的形心纵轴重合，材料是完全均匀和弹性的，没有考虑构件的初始缺陷
6、如材料不均、初始偏心及初弯曲等的影响，但在试验中不可能保证试件没有缺陷，同时试件的加载也不可能完全处于轴线上，故实际承载力低于欧拉公式算得力。2） 规范公式计算是在以初弯曲为 l/1000, 选用不同的界面形式，不同的残余应力模式计算出近 200 条柱子曲线。并使用数理方程的统计方式，将这些曲线分成 4 组，公式采用了偏于安全的系数，在这个过程中规范所考虑的初始缺陷影响小于此次实验，所以实验所得的承载力值小于计算值。3. 破坏分析图一主要显示了弯曲破坏过程，一开始随着荷载的增大，两者均呈线性增长，后承载力继续增大，两条曲线分开，试件向着 6_1 所在的方向发生弯曲凸起，最终导致破坏。图二主要显
7、示了扭转破坏的过程，一开始，曲线几乎没有变，后来突然产生分支，测点所在截面处产生顺时针扭转。综上，破坏形式为弯扭破坏4. 缺陷分析可见构件与理论情况拟合较好。六、 误差分析1. 初偏心：由于制造、安装误差的存在，压杆也一定存在不同程度的初偏心。初偏心对压杆的影响与初弯曲的十分相似， 一是压力一开始就产生挠曲， 并随荷载增大而增大； 二是初偏心越大变形越大， 承载力越小； 三是无论初偏心 e0 多小,它的临界力 Ncr 永远小于欧拉临界力 NE。2. 残余应力：残余应力使部分截面区域提前屈服，从而削弱了构件刚度，导致稳定承载力下降。3. 初弯曲：严格的讲，杆件不可能直，在加工、制造、运输和安装的过程中，不可避免的要形成不同形式、不同程度的初始弯曲， 导致压力一开始就产生挠曲，并随荷载增大而增大。
