1、北京工业大学硕士学位论文高强度双角钢组合十字型截面压杆承载力研究姓名:石鹿言申请学位级别:硕士专业:防灾减灾工程及防护工程指导教师:李振宝20090501摘要摘要高强度双角钢构件在输电铁塔中的应用越来越多,国内外关于输电铁塔中双角钢组合截面压杆的研究也越来越多,然而,现行钢结构设计规范(GB500172002)及架空送电线路杆塔结构设计技术规定(DLT5154-2002)都没有明确给出高强度双角钢组合截面压杆的设计计算方法,也未对填板的设置作具体说明,影响了高强度双角钢压杆构件的推广应用。本文设置13种工况,每种工况取3根构件,在长细比分别为40、50、60,填板分布形式分别为一字型、十字分离
2、型以及十字焊接型三种组合形式以及两个螺栓链接、四个螺栓链接的的情况下,对不同构件的承载力和填板受力进行了分析研究,采取了试验研究和有限元分析两种方法,并对两种方法所得到的结果进行了对比。本次角钢塔主材组合截面构件研究主要验证长细比取值的合理性以及不同填板组合方式对组合角钢构件承载力的影响,进而推理双角钢组合截面构件的新的设计方法;通过填板位置、布置方式和螺栓个数的不同来研究填板在组合角钢中所起作用,以探索填板的设计方法。研究结果表明一字型、十字分离式、十字焊接式填板构件的承载力依次有一定提高,但幅度不大;填板上螺栓个数的增加(填板尺寸增大)可以在一定程度上提高构件的承载力,但影响不大;在构件两
3、端设置填板对构件的承载力影响不大;构件长度大于40i时,为保证两角钢形成组合截面,设置填板是必要的,填板间距满足小于40i的要求时,多设置填板对构件承载力影响不大。关键词:Q420;填板;角钢;组合截面;承载力北京T业大学T学硕十学位论文AbstractHigh strength dualangle members are more and more usually used in transmissiOiltowers,and many researches 111“e done at the aseept of the bearing capacity of lli面strength du
4、al-angle combined cruciform section compression members in foreigncountriesbut nOW Design code for the steel struetures(GB5001 7-2002)and TechnicalRegulation of design for tower and pole structures of overhead transmissiOnline(I)UT5 l 542002)dont dearly put forward the design methods of high strengt
5、hdual-angle steel combined cruciform section compression membersand dont give aspecific explain of the setting of platesall these effect the application of tlaodual-angle combined section members1f1砖text sets 1 3 conditions,and eaela condition has 3 membersStudying tlacbearing capacity of the member
6、s and the force of the plates,when they 111“e in differentslender ratio,when the platescombined forms is respectively Straight Line,crossseparadon and CROSS welding,when the number of bolts is respectively 2 01“4usingexperiment studying and finite element analysis two ways,and comparing the resultso
7、f these two waysThe study mainly verifyies the rationality of the slender ratio valueand the effects of the bearing capacity are made in different plates eombination modes,furthermore infer lleW design methods of dualangle combined section members;exploring the design methods of plates through diffe
8、rent plates position,differentarrangement mode and different number of bolts111e results of the research showed that the bearing capacity of straight line,crossseparation and CROSS welding are improving in turn11le increasing of bolts numberCall improve the capacity of the members in some degree、胁en
9、 the plates are set atthe end region,the bearing capacity of the members ainfluenced a littleIt isnecessary to set plates when the length ofmembers is greater than 40i:when thelength of members is less than 40i,it effects a little to the bearing capacity of themembersKeywords:Q420,plates,angle steel
10、,combined section,bearing capacity独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名: 雄眺啐型关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制
11、手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名: 导师签名:壹亟室!嗍幽:笪第l章绪论第1章绪论11引言近年来,我国电力事业高速发展,电网建设不断升级,输电线路也向高容量、多回路和紧凑型发展。就电压等级而言从原先的llOkV、220kV向超高压330KV、500KV发展;目前,我国电网正在开展1000kV特高压输电线路的规划研究工作,2005年底已开工建设1000kv特高压示范工程。2020年为满足“全国联网、西电东送、南北互供“的需要,将在南北方向构建多回百万级特高压输电线路大通道。2008年1月的特大雪灾给我国人民造成了重大的财产和精神损失,也给输电铁塔的建设提出了更多新的挑战。这就
12、对输电塔的结构设计、钢材强度提出了更高的要求。长期以来我国输电线路铁塔所用钢材局限于Q235、Q345两种强度等级,与发达国家相比强度低、品种少【131,为了使输电塔经济合理,钢材强度就必须大幅提高,需要使用Q390、Q420、0460等低合金高强度钢材睁13】。可以大幅度减少构件复杂的组合形式,降低工程成本。因此合理采用高强度钢材不仅可以降低铁塔本体的重量,大幅度地减少加工和施工难度,也可以有效的提高我国杆塔结构设计水平和加工水平。与此同时,随着高强钢的使用,为了提高其屈曲稳定系数,增加杆件的承载能力,在设计计算中就要使用有较大回转半径的截面,以减小长细比,这样就会涉及到宽厚比,t(角钢肢宽
13、与肢厚之比)的选择问题,宽厚比越大,整体稳定性能越好,但是局部稳定性能越差;随着宽厚比的增大,十字截面等双轴对称截面的整体扭转失稳也日趋突出。这样,在长细比较小时,就有可能在发生整体弯曲失稳前先发生角钢肢边缘处的局部屈曲或者整体扭转失稳,以致使构件达不到预期的整体失稳承载力,这个问题成为高强钢材推广应用的一个障碍。再者,组合截面中填板的设计方法也处于经验、探索阶段,目前很少有经过试验验证得出全面可行的填板设计方法;此外,无论是构件还是填板的设计方法目前也没有统一,我国杆塔技术规定、美国输电塔设计导则ANSIASCEl097(以下简称美国导则)以及我国钢结构设计规范都没有给出切实通用的设计方法。
14、12高强钢的研究现状及特点121高强钢的研究现状长期以来,我国输电线路铁塔所用钢材局限于Q235和Q345两种强度等级,北京工业大学T学硕十学位论文与国外发达国家相比,品种少,强度低。当构件设计荷载较大时,一般采用组合断面的方法来满足铁塔构件的承载能力要求,这必然导致铁塔杆件数量及规格增多,节点构造复杂,既造成工程投资的增加和资源的浪费。随着更高电压等级的输电线路的建设以及大截面、多分裂导线的使用,杆塔设计荷载不断增大,这种由于铁塔用钢材强度过低所造成的影响表现的越来越突出。高强钢具有强度高、承载能力强的特点,采用高强钢是有效缓解上述矛盾的措施之一。我国第一条西北750kv输电线路中成功采用了
15、Q420高强钢,取得了较好的经济效益,随着电网建设的加快和特高压电网的建设,更大范围地使用高强钢已成为必然,但在我国输电线路铁塔中广泛地使用高强钢还需要开展大量的研究工作。铁塔中使用的钢材一般为结构钢,这种钢分为普通碳素钢和低合金高强度钢,目前我国在输电塔钢材材质方面主要运用的还是现行国家标准碳素结构钢GBfr 700中规定的Q235,低合金高强度结构钢GBT 1591中规定的Q345等强度较低的钢材,与国际上其它国家的输电杆塔材料相比还有一定的差距。表11是部分国家所提供输电杆塔钢材品种列表。表1-1部分国家输电杆塔钢材品种Tab22 Steel products variety of Tr
16、ansmi ssion Tower in some countries国家 钢材品种 屈服强度MPa 钢材种类日本 SH590S 440 钢板、型钢日本 SH590P 440 钢板、型钢日本 STK490 400 钢管日本 STKT540 390 钢管美国 A36 485 型钢美国 A570 485 型钢中国 Q345 345 角钢中国 Q235 235 钢板由表11可以看出,日本的杆塔规范对于钢材品种的规定非常的丰富,其屈服强度也较国内规范规定的要高,尽管我国的钢结构设计规范中已对Q420钢材(屈服强度为420Mpa)进行了规定,但是高强钢在我国输电线路铁塔中的使用起步较晚,在2002年的黄
17、浦江大跨越钢管塔工程中首次采用了Q390钢材,在2004年西北750kV输电线路中首次采用了Q420高强度钢。而日本早在上个世纪九十年代建设的1000kV输电线路中就采用了强度为415Mpa的高强度钢;另外在欧美国家GR65(屈服强度450Mpa)等钢材早已被大量使用。因此,从各国的实际工程应用以及规范规定选材种类来看,我国的高强钢无论从使用水平还是在研究水平上均明显落后于国外一些发达国家,仍然有很大的研究与发展空间。122高强钢的特点第1章绪论当构件设计荷载较大时,一般采用组合断面的方法来满足铁构件的承载能力,这必然会导致铁塔杆件数量的增加,节点构造复杂,安装工作量也增加,也势必会造成工程投
18、资的增加和资源的浪费。随着更高电压等级的输电线路的建设,如750kV、1000Kv以及大截面、多分裂导线的使用,杆塔设计荷载不断增大,在这种情况下,高强钢的深入研究以及广泛应用就显得越来越有必要。高强钢具有强度高、承载能力强的特点,可以有效的缓解上述矛盾的产生,我国在第一条西北750kV输电线路中成功的采用了Q420高强钢,取得了较好的经济效益,随着电网建设的更加全面和深入进行,越来越多的使用高强钢已成为必然。高强钢本身具有强度高的特点,受压构件采用高强钢材,其强度和承载能力均有较大提高,使用高强度钢材,可以达到节约钢材的目的。另一方面,由于高强钢承载能力强的特点,在输电线路铁塔的建设中如果采
19、用高强钢,可以有效地减少塔身自重,起到很好的经济效益。同时,高强高的发展与应用对于提高钢材的利用率、降低工程造价、提升加工安装工艺水平等都具有积极的作用。13双角钢组合截面压杆的研究现状目前,输电铁塔设计主要依据110kV500kV架空送电线路设计技术规程(D坍50921999)和杆塔规范,这两个规程规定应用的是(88钢规的条文,在(88钢规114】中该类截面的构件只计算其弯曲屈曲,考虑稳定系数折算按b类截面验算其稳定承载力,对其可能发生的扭转屈曲未作特别规定。新钢规【15】中增加了轴压构件扭转屈曲换算长细比和弯扭屈曲换算长细比的计算方法,分别用来考虑扭转效应以及弯扭效应,在理论上比(88钢规
20、更加合理准确。同时,美国房屋钢结构设计规范(AISCu心D93)(以下简称美国钢规)中对该类构件的设计也有相关规定。新钢规规定:对双轴对称十字形截面构件,丑,或丑的取值不得小于507 b,。 一厂丁即,五=max(3,y,以,507 bt),然后按五=五羔查得稳定系数巾,按式24 i,-I-舅t双轴对称十字形截面构件设计承载力。瓦=q)Af (1一1)对比新钢规的规定,美国钢规的设计方法如下:美国钢规是把按弹性稳定理论算得的扭转屈曲临界力换算成为长细比较大的弯曲屈曲杆件,再按换算长细比从规范表格中查得相应的稳定系数。这种做法意味着把初始扭转效应和残余应力效应看成是和弯曲屈曲时的缺陷效应完全一北
21、京工业大学工学硕士学位论文阽孚=孚扭转屈曲临界力为:耻扣+争,式中G为钢材的剪切模量。同新钢规设计方法,小导(12)(1-3)将I西=O带入式(1-3)(14)构件猛转屈凹I陆界厘力为:咿坠A=丽GIt=赤(吉)2 m5,求扭转屈曲换算长细比:将6。:半看作一根长细比为九。的压杆的弯曲屈曲临界应力,则:害。因此有扭转换算长细比为:厅卸丢(1-6)因此,美国钢规规定:双轴对称十字形截面构件五,或丑的取值不得小于丑,一厂丁即取兄=maxC乃,以,五),按五=元,羔查得稳定系数由,按式24计算双轴对称Y Zj)十字形截面构件设计承载力。双角钢在输电铁塔中的应用越来越多,国内外关于输电铁塔中双角钢组合
22、截面压杆的研究也越来越多,我国的新钢规相对于988钢规提出了很多新的要求n引,其中就有对于组合截面构件承载力的长细比限制要求。另一方面,很多学者对于双角钢在输电铁塔中的承载力进行了相关的计算与试验【17彩】,例如,国电电力建设研究所的默增禄曾指出,使用新钢规在计算大长细比压杆时,在充分保证节点构造强度的前提下,可以适当提高杆件的计算承载力等【2引。双角钢在输电线路铁塔的的设计中应用广泛,然而现有规范对填板的计算却未作具体说明,仅仅对填板间的距离做了要求,在钢结构设计手册中仅有部分角钢杆件的填板尺寸,而且当间距发生变化时,填板尺寸该如何取值也没有说明。这些构造要求适用于用焊缝和铆钉与主肢相连的填
23、板【25五7】,而输电铁塔中是用普通螺栓相连的,受力状态与屋架等钢结构有所区别。轴心压杆承载能力的极限状态是丧失稳定,按失稳形式可分为构件整体失稳和板件局部失稳。就轴心压杆整体失稳类型而言,除平面变位的弯曲屈曲外,还第1章绪论有可能发生空间变位的扭转屈曲和弯扭屈曲。对于一根具体的压杆,达到承载能力极限状态时究竟呈现何种屈曲形式,与它的材料、截面特征EI、GJ、EI。及长度L有关。本次讨论的十字形截面轴心压杆由于是双轴对称,理想状态下可排除弯扭屈曲的可能,但由于其扇性惯性矩I。很小,在工程设计中可看作为零,故此类截面的抗扭性能较差,当其扭转屈曲临界承载力小于弯曲屈曲临界承载力时,就会首先发生扭转
24、屈曲。而实际构件由于初始缺陷的影响,弯曲变形和扭转变形都会存在。因此,实际构件将发生以扭转为主的弯扭失稳。文献【2睨明认为:组合角钢受压柱按实腹式构件设计,当受到轴向压力作用时,杆件绕虚轴(平行于填板)方向发生挠曲变形而在端部产生剪力V,其大小可按公式(1-7)确定。相应的,在组合杆件的断面中性层上,产生一个剪力Qc,这就是填板及其连接螺栓所受的作用力。v=三Af型二!鉴 (17)l b式中:L为组合角钢虚轴回转半径;9为对应于组合角钢虚轴回转半径f。的压屈稳定系数;A为断面毛截面面积;f为钢材抗压强度设计值;1为组合钢的计算长度;b为组合角钢的宽度加填板厚度。14存在的主要问题及本文研究的主
25、要内容141存在的主要问题从国内外的研究现状以及现行的规范规定来看,尽管高强度组合双角钢在输电铁塔中的运用已经得到了一定的发展,但是仍然存在下列问题:(1)角钢塔主材组合双角钢一般为等边双角钢十字形截面构件,其设计公式目前按新钢规中512条进行。新钢规规定入X或入Y取值不得小于507bt(其中bt为悬伸板件宽厚比)。长细比为40-一50的等边双角钢十字形截面轴心受压构件不满足上述要求,构件失稳主要为扭转失稳,钢结构规定的稳定承载力计算公式不再实用。故新钢规规定十字截面构件设计中将长细比取入X、入Y、507bt中的最大值。但部分研究表明这种设计在很大程度上增加了塔身自重。(2)铁塔中实腹式组合角
26、钢构件在两节点间需设置填板,在现行标准架空送电线路杆塔结构设计技术规定(DLF5154-2002)(以下简称杆塔规范)130强J、新钢规中,仅简要提出了填板设置的构造要求,没有明确提出填板及其连接螺栓的设计计算、具体布置方式,设计时往往根据经验进行设计。142本文研究的主要内容鉴于上述国内外的现状以及对目前存在的问题的分析,确定了运用试验研究北京T业大学工学硕士学何论文与有限元分析方法相结合的途径,研究如下内容:(1)分析高强度双角钢组合十字型截面构件在不用的长细比、不同的填板组合形式以及不同螺栓个数的情况下,构件的承载力变化情况、失稳形式以及失稳性能。(2)参考规范,对比各种不同工况的试验研
27、究结果和有限元分析结果,提出构件长细比取值的合理性范围。(3)通过对上述试验以及有限元结果的研究和分析,总结双角钢组合十字型截面构件在不同长细比、不同填板组合形式以及不同螺栓个数条件下的承载力设计方法。(4)通过填板布置位置的不同、连接形式的不同以及连接螺栓个数的不同,来研究填板在不同情况下的受力性能,即在组合角钢中所起作用,以探索填板的设计方法。第2章高强度双角钢组合十字刑截面压杆的试验研究第2章 高强度双角钢组合十字型截面压21试验目的和内容211试验目的杆的试验研究本章的实验目的为通过组合型角钢构件的承载力试验,研究组合角钢构件的承载力变化情况、失稳形式以及失稳性能。主要包括:(1)得到
28、双角钢组合型截面构件在不同的组合形式以及长细比条件下的承载力变化情况,并对不同工况下构件的失稳现象进行描述。(2)对试验数据进行处理和分析,绘制了各种工况下构件的荷载位移曲线以及荷载应变曲线。212试验内容选取Q420双角钢为Z140X 12,制作不同长细比的构件,并用不同的填板组合形式进行连接,进行两端固定约束条件下的试验研究。具体的长细比包括40、50、60,填板组合形式包括一字型填板、十字分离式填板、十字焊接式填板三种形式,如图21所示。填板厚度均取角钢肢厚12ram,材质为Q420;螺栓均采用68级,M16X65。试验工况如表2-1、2-2所示。、一一一 - l 、I I、L I 、I
29、十;分离 、一一一-、Il l lI I1 。斗字焊接 式填板a)一字型填板 b)十字分离式填板 c)十字焊接式填板图21填板布置形式Fig21 Arrangement form of plates北京T业大学T学硕十学位论文表2-1角钢试验样本Tab2一l Test table of angle Steel样本规格 工况主材长细比 试件长度(衄) 组数、件数填板研究 40 2172 11组、每组3件 110Q420 40 2172 I组、每组3件 112么14012 主材承载力 50 2715 1组、每组3件 1260 3258 1组、每组3件 13表2-2试验工况组合Tab22 Test
30、conditions of angle Steel填板布置工况名称 填板布置位置 填板螺栓(个) 构件长细比方式l a 两端 2 402 a l2处 2 403 b l2处 2 404 a l3处xo、23处Yo 2 405 b 13、23处 2 406 b 两端及l2处 2 407 a、b 两端b,13处)(o a、23处Yoa 2 408 C l3、23处 2 409 b 两端及13、加处 4 4010 b 两端及14、12、34处 2 40ll b 两端及13、23处 2 4012 b 两端及I3、23处 2 5013 b 两端及l3、23处 2 6022试验加载制度和数据采集方案221
31、试验加载制度加载过程为缓慢单调加载。试验加载器根据理论分析结果(见第3章)采用300T双向作用液压加载器。液压加载器通过高压油泵将具有一定压力的液压油压入液压加载器的工作缸,使之推动活塞对结构施加荷载【33-34。整个加载过程全部由试验人员手动控制油压来实现,为了使构件受力变化均匀、性能发展充分、保证测量的失稳承载力更准确,每级加载比较小,加载速率也比较小,加载前期控制在10kN5s左右,临近失稳荷载时控制在05kN10s左右。本次试验全都为轴心受压构件,均采用正位安装加载方案,为了实现上述加载方案,北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室自行设计了试验加载装置。工作原理如图22。实物照
32、片如图23、2_4所示,加载端传力探头的突墨:薹耋鹜喜驽苎叠誓窒至型薹堡垒垒墼三兰竺互起与顶部凹槽结合;反力端凹槽与反力支座上的突起结合,共同实现两端铰支。两端凹槽中心点与构件截面型心对准焊于竖向隔板,实现轴心受压。幽24加载装置端部Fig 2-4 End part of loading device22 2数据采集方案北京工业大学工学硕十学位论文由于本次分析的构件全都为十字形等边角钢组合截面。为表述方便,对各符号和表述做统一规定。本论文中的各表述都将遵循此规定。根据正常直角坐标系计算所得的构件形心位置和形心主轴方向,可定出截面强弱轴坐标系(X-Y),如图25。加 殉一 :z。 7 I- ,?
33、|y-图2-5应变测点布置图Fig2-5 Measuring points layoutof strain23试验失稳现象及材性试验231试验失稳现象图2-6位移测点布置图Fig2-6 Measuring points layoutof di splacement整个加载过程为单调加载,从加载到构件破坏的整个过程如下:第2章高强度取角钢组台十字型截面压杆的试验研究(I)加载初期构件处于自行对位调整阶段,构件变形不明显:(2)随着荷载的增加,构件l2长度截面周围,在角钢肢尖边缘出现局部屈曲,而后逐渐向整体屈曲过渡,但此时构件并未破坏,还能继续承受荷载;(3)随着荷载进一步增加,局部届衄全面发展,
34、当荷载达到某一值时,由于构件内部初始缺陷的影响,构件l2长度附件某截面处位移、应变增幅剧烈构件失稳,试验结束。加载过程中由于构件的初弯曲、初扭曲、荷载作用的初偏心。加工过程中引起的残余应力、材科的不均匀性等初始缺陷的影响,构件的破坏形式与理论理想失稳破坏预测现象有一定差别,但总体情况还是能很好的符合。所有构件均以绕Y轴发生以弯曲为主的弯扭失稳破坏。各工况下构件对应破坏形态如图272-19。剀2-8 2 I况构什加载前、后期构件形态Fig 28 Morphology of 2“condition before loading and after loadingjj奎三些查兰三兰翌圭:些鲨吝图2-
35、11 5:况构件加载前、后期构件形态Fig 2-儿Morphology of 5“condition before loading and after loading至:耋堕塑鐾翟盆鳘璺宝圭圣彗雪量彗塑兰墼竺耋圈2 14 8 1况构件加载前、后期构件形态Fig 2-14 Morphology of 8”condition before loading and after loading:i窒皇竺叁耋兰竺圭兰些兰兰Fig 2-15 Morphology of 9“eoadition before loadingd after loading蚓2一j 7 II l况构件加载前、肃j9j杜J件彤瑟F
36、ig 2-17 Morphology of 1l”toadltion before 10adl ng and after loading量:耋苎罂墨翌丝塑堡耋三型墼璺曼墼墼兰矍竺圣阻2一伸13上扰构忏加或M、后删构1T彤惫Fig 2-19 Morphology of 13”condition before loading and after loading2 3 2材性试验实测构件截面面积材料屈服强度、弹性模量及延伸率见表2-3,应力应变关系见图220从表23及图220中可以看出材料屈服强度及弹性模量与常规取值差别很小,延伸率满足规范要求,应力一应变关系正常,这说明材料是合格的35。”。北京下
37、业大学工学硕十学位论文表2-3材性试验结果汇总Tab2-3 Results of materials quality testing屈服强度 极限强度 弹性模量试件 面积(ram2) 延伸率()(Mpa) (Mpa) (Nram2)L140121 356 46528 54185 208x 105 2286L14m122 33968 45556 56456 210xlos 1714L140123 36104 4594 58993 214x 105 2357均值 35224 4608 56546 21lxl05 2119图2-20应力应变关系图线Fig220 Graph of stressstra
38、in relationship24试验数据分析241荷载一位移曲线在轴心压杆稳定问题中,力与位移之间的关系是表现稳定性变化过程的一组非常重要的物理量,它能直接反映构件的时时状态。目前大部分研究都是针对理想竖向杆而言的,没有考虑构件截面这个因素。专门针对开口薄壁杆件的研究较少,对双轴对称组合截面构件的研究更少。因此,为了真实反映十字组合型截面构件同一截面不同位置力与位移之间的关系,本次试验在构件截面的不同位置布置了位移计,测出了12构件截面四个肢对应的力与位移之间的关系。鉴于本次试验构件太多,而篇幅有限,现根据不同工况选择了部分曲线置于文章中以作对比。曲线中曲线代号与构件位置对应关系如图219。
39、位移选择原则主要遵循:每个工况一个。如图220“-233。互:耋薯堡喜翌盘望望主。三型塑耍垩堑墼薹誓塑耋抽幽2-24工况3力位移曲线Fig 2-24 Force-di splacement graph of3rd conditioDq轴国2-25工况4力位移曲线Fig 2-25 Force_displacement graph of4th conditionj!至:兰刍:;:竺圭兰堡堡圣s堑辱匿;E;随;黟;扩一瓣L一。L图2-30。I一况9力位移曲线 图231【,况IO力位移曲线Fig 2 30 Forcedisplacement graph of Fig 2 3l Forcedi spla
40、eement graph of手沪一;习酉L嘉iL蔓公0 26 8。 j;j;曼!二;图2-32工况11力位移曲线Fig2-32 Farce-displacegeat graph of1lth coIldition图2-33工况12力位移曲线Fig2-33 Force-displacement graph of12th condition圈2-34工况13力位移曲线Fig 2-34 Force-displacement graph of13th condition由以上构件的力一位移曲线可以得出以下结论;(1)观察试验过程中的现象可知,试验中所有构件均存在扭转,但并未发生纯扭转失稳,这说明组合
41、十字型截面小长细比构件在各种综合因素的影响下既不发生纯弯曲失稳,也不发生纯扭转失稳,而是同大部分的较大长细比构件一样发生弯扭失稳,并且仍以弯曲受力为主。失稳破坏时构件的最大位移均在1015ram左右浮动。(2)对比工况2、3和工况4、5以及工况7、11可以看出:一字形填板构件对称位置上位移发展相差较大,十字形填板构件对称位置上位移发展吻合的比较好,这说明十字形填板比一字形填板对于提高构件的整体性方面具有更好的优越性。(3)对比工况2、6和工况5、II可以看出:2与6、5与lI各对应位置位移发展相差很小,规律完全同步,这说明构件两端是否加填板对构件位移发展厂一目一堑北京T业大学T学硕十学位论文影
42、响不大。(4)对比工况6、11、10可以看出:6、11、10三工况对应位置位移发展情况相差不大,但失稳荷载对应处的位移逐渐减小,这说明填板布置越密集,构件变形越小,起到了减小构件局部受力的效果。(5)对比工况11、9,工况1l、8以及工况2、8可以看出:1l、2工况对称位置位移发展相差较大,工况9、8对称位置位移发展相差很小,这说明加强填板约束对增强组合型截面构件整体性效果明显。(6)对比工况11、12、13可以看出:随着长细比的增加,对称位置位移发展差别越小,对称情况越好,这说明随长细比的增加,构件失稳过程中弯曲所占比例越大。 242荷载一应变曲线应变是直接反映构件截面受力状态的物理量,对应
43、变的实时监测能够充分了解构件截面受力的发展状况、破坏形式以及整个构件的受力性能,在本次试验中,更能通过应变情况分析构件失稳时的状态,充分认识失稳的本质;此外,结合截面不同位置的位移发展情况,为构件整个失稳过程中弯曲、扭转对失稳的影响提供充足的证据;同时,也为构件失稳临界状态的判断,即构件失稳承载力的选定提供必要的依据。此外,由于本次试验构件为组合截面,填板的受力状况以及对保持构件整体性所起作用也是本次试验的主要目的。为了研究填板的复杂受力状态,本次试验在填板上布置了应变花。鉴于本次试验工况多,而篇幅有限,无法一一展现。现根据不同工况有代表性的选择了部分力一应变曲线置于文章中进行对比。选择原则为
44、:构件试验每个工况选取一个试件,由于填板布置位置复杂,布置数量太多,且各类规律相似。因此,在所有工况中选取了12、13处一字型填板各一个,12、13、14、端部处十字型填板各一个,找出其中规律,如图235254。图234为位移位置布置图。图2-35应变位置图Fig235 Arrangement plan of strain笔:耋毫誊星翌盘兰翌:兰耋当兰芏塑兰鉴2耋l自霄胪图238工况3构件两角铜力应变曲线Fig 2-38 Force strain graph of 3“conditionj:至:尘:三士:竺圭:j:兰三一I一1_;mB剪x】p酗241工况6构件两角钢力一应变曲线Fig 2-41
45、 Force strain graph of 6“condition篓:蓦耍碧墨翌璺望墨主土三茎兰耍墨彗墼薹辇錾耋图244 r况9构件两角铺力应变曲线Fig 2-44 Forcestrain graph of 9“condition!至:些奎耋三兰竺兰譬当吝”。“茹。嚣。 。“。蔷勘斧g(m自F(圈247 T况12构件两角钢力癞变曲线Fig 2-47 Forcestrain graph of 12“condition至:至兰墨22耋盘立!主型壁堡里些竺薹墼塑塞;蕺3融s托;基8叶、厂一一l圜”:J L=_删l一IO蜘。目10图251况2构什1处填扳力一麻变曲线Fig 2 51 Forcestrain graph of 2condl Lion些堡些奎兰篁竺!:兰丝兰兰虚封社1a,自目(l竹图254 T况10构件端部填板力麻变曲线Fig 2-54 Forcestrain graph of 10“condition从以上试验所得的应变图可得:(1)大部分构件失稳类型为极值型失稳。这也充分说明了构件初始缺陷的存在:当力发展到最大时,最先屈曲位置的应变都在1300微应变左右,和钢材的屈服席变(O 0015)吻合得非常好,这很好的验证了构件失稳处于屈服阶段,