钢结构实验轴心受压构件整体失稳实验.doc

轴心受压构件整体失稳实验 1 实验目的 ⑴．观察钢管轴心受压丧失稳定的现象过程。 ⑵．比较轴心受压极限承载力与长细比的关系。 ⑶．实测临界压力Pcr实与理论计算临界压力Pcr理进行比较，并计算其误差值。 2 设备和仪器 ⑴．100KN或300KN微机控制电子万能试验机。 ⑵．计算机。 ⑶．游标卡尺。 ⑷．钢管。 3 实验原理及试件 理想的轴心受压构件，当轴心压力小于某一数值时，杆件处于直杆平衡状态，这时假设有任意偶然外力作用并发生了弯曲，偶然外力停止作用后，可能性是：一杆件回复到直杆状态，即为稳定平衡；二是杆件不能恢复到直杆状态处于微弯曲的平衡状态，称为临界平衡状态。 当长细杆轴心受压达到某值时，杆件不能保持平衡，而是不断弯曲直至破坏，这种现象为轴心受压杆失去整体稳定性。 理想的轴心受压杆假设是： 杆件本身绝对直杆； 材料均质，各向同性； 无偏心荷载，且在荷载作用之前无初始应力。 临界状态荷载为：= 钢结构的实际杆件不可避免地都存在一定的初始缺陷和残余应力，同时材料还可能不均匀，所以稳定承载力不能只按理想情况考虑。设计规范根据现有的理论考虑了杆件的初弯曲和残余应力，按极限承载力理论进行弹塑性分析。 如图所示是两端铰接、有残余应力和初弯曲的轴心受压构件及其荷载-挠度曲线图。在弹性受力阶段（oa1段），荷载N和最大挠度Ym 关系曲线与只有初弯曲、没有残余应力的弹性曲线完全相同，随着压力的N增大构件截面中某一点达到钢材屈服强度fy时，截面开始进入弹塑性状态。开始屈服时 a1点的平均应力a1=Np/A,低于只有初弯曲而无残余应力的有效比例极限fp=fy-r;当构件凹侧边缘纤维有残余压应力时也低于只有弯曲而无残余应力的a点。此后弹塑性状态，挠度的增加随N的增加而愈来愈快，直到C1点，此时已不可能再增加N，为了维持平衡，只能卸载，即曲线C1D1下降段。N-Y曲线的极值点C1表示由稳定平衡过渡到不稳定平衡，相应于C1点的Nu为临界荷载，即极限荷载，它是构件不能维持内力平衡的极限承载力，属于第二类极值点失稳。平均应力称为临界应力，u=cr=Nu/A 理想的轴心受压构件的临界力在弹性阶段是长细比 的单一函数。实际轴压构件受残余应力、初弯曲、初偏心的影响，且影响程度还受截面开关尺寸和屈曲方向的不同而不同，每个柱子都有自己不同的曲线，下面是规范的柱子曲线运动。因每根柱子因各原因极限承载力相差很大，柱子曲线有较大的分布带。 双轴对称的或极对称的构件在失稳时只发生弯曲屈曲. 由实验可发现，当载荷略超出临界载荷时，挠度急剧增加，轴向变形也随之增大，这说明了压杆失稳的危险性。 我国规范采用的轴心受压整体稳定计算公式为: NAf 式中 是轴心受压构件的整体稳定系数取截面两主轴稳定系数中较小者，应根据构件的长细比、钢材的屈服强度以及截面的分类根据规范来取。 4 实验步骤 ⑴．量取试件的几何尺寸：长度、壁厚、外径；安装试件两端压头； ⑵．打开计算机，双击桌面上TestExpert.exe图标，登陆、联机、启动、进入实验操作系统，选择实验方法、查询、轴压构件整体失稳实验； 把试验压杆装上实验机 ⑶．点击开始实验，即可缓慢加载试验，填入几何参数，确定后即开始实验，观察试验曲线，即负荷-变形曲线。当图形由直线转变为曲线时，说明压杆临界力出现，曲线继续弯曲压力直至最大值后下降1.5kN后点结束实验，点击保存数据。 ⑷．进行试验分析，鼠标在保存图象窗口点右键，点菜单曲线遍历，记录有关数据。 重复以上操作，完成三根试件的实验。记录数据。 5 实验结果处理 ⑴．根据测量的试样尺寸，计算压杆横载面的最小惯性矩I，计算各种支承下的临界压力载荷Pcr理论值，以理论值为准，计算临界压力载荷实验值的相对误差，计算结果写入表格11－1。 ⑵．分析讨论，支承方式对临界载荷的影响，并分析误差原因。 f=800mpa E=210Gpa 杆件序号 长度（L） 壁厚 外径 临界载荷 (实验值） 杆件设计值 N=Af 临界载荷(理论值) 实验值与设计值比较相对误差 实验值与理论值相对误差 % 1 2 3 6 思考题 ⑴．临界载荷是在什么情况下测得的？ ⑵．压杆失稳后，变形与载荷是否还是线性关系？ ⑶．讨论pcr实实验值误差产生的原因。 ⑷.比较实验值与设计值有什么结论？实验值与理论值比较有什么结论？