工字形截面轴心受压柱的整体稳定实验.docx

《钢结构基本原理》实验报告实验名称：工字形截面轴心受压柱的整体稳定实验实验组号：25组 9号工字钢实验组员： 一、实验目的 1 ．了解工字形截面轴心受压钢构件的整体稳定实验方法，包括试件设计、实验装置设计、测点布置、加载方式、试验结果整理与分析等。 2 ．观察工字形截面轴心受压柱的失稳过程和失稳模式，加深对其整体稳定概念的理解。 3 ．将柱子理论承载力和实测承载力进行比较，加深对工字形截面轴心受压构件整体稳定系数及其计算公式的理解。 二、实验原理轴心受压构件整体稳定性能概述 整体失稳破坏是轴心受压钢构件的主要破坏形式。 轴心受压构件在轴心压力较小时处于稳定平衡状态，如有微小干扰力使其偏离平衡位置，则在干扰力除去后，仍能回复到原先的平衡状态。随着轴心压力的增加，轴心受压构件会由稳定平衡状态逐步过渡到随遇平衡状态，这时如有微小干扰力使其偏离平衡位置，则在干扰力除去后，将停留在新的位置而不能回复到原先的平衡位置。随遇平衡状态也称为临界状态，这时的轴心压力称为临界压力。当轴心压力超过临界压力后，构件就不能维持平衡而失稳破坏。实际轴心压杆与理想轴心压杆有很大区别。实际轴心压杆都带有多种初始缺陷，如杆件的初弯曲、初扭曲、荷载作用的初偏心、制作引起的残余应力，材性的不均匀等等。这些初始缺陷使轴心压杆在受力一开始就会出现弯曲变形，压杆的失稳属于极值型失稳。工字形截面轴心受压构件的弯曲失稳 工字形截面属于双轴对称截面，因此工字形截面轴心受压构件只可能发生弯曲失稳或扭转失稳。对于常见的非薄壁工字形截面，其截面的抗扭刚度和翘曲刚度都很大，因此不会发生扭转失稳。当构件未设置沿截面强轴的支撑时，由于工字形截面绕强轴的惯性矩大于绕弱轴的惯性矩，因此构件将发生绕弱轴的弯曲失稳。如图所示工字形截面柱的弯曲失稳三、试件几何参数，包括名义几何参数和实测几何参数截面尺寸参数截面编号 构件长度l/cm截面高H/mm翼缘宽度B/mm翼缘厚度tf/mm 腹板厚度tw/mm　193.8860.7425.573.013.01　293.9160.5925.493.083.08　393.8760.7325.73.063.06　493.9360.6625.7933　平均值93.960.6825.643.043.04　计算长度/mm939+70=1009　　　　　四、实验装置、加载方式、测点布置概述实验装置图为进行工字形截面轴心受压构件整体稳定实验采用的实验装置，加载设备为千斤顶。构件竖向放置，千斤顶于构件上端施加压力，荷载值由液压传感器测得。 为了准确实现构件两端铰接的边界条件，设计了单刀口固定铰支座。单刀口支座具有良好的转动性能，实验中应注意刀口的摆放方向。由于工字形截面轴心受压构件主要发生绕弱轴的弯曲失稳，因此刀口可设置为与试件腹板平行。支座详图如图所示。从图中可以看出单刀口支座槽口板底面到转动中心（即刀口板刀尖）的距离是36mm 。工字形截面轴心受压构件整体稳定实验装置图工字形截面轴心受压试件支座详图加载方式工字形截面轴心受压构件整体稳定实验采用单调加载，并采用分级加载和连续加载相结合的加载制度。在加载初期，当荷载小于理论承载力的80% 时，采用分级加载制度，每次加载时间间隔为2 分钟；当荷载接近理论承载力时，改用连续加载的方式，但加载速率应控制在合理的范围之内。在正式加载前，为检查仪器仪表工作状况和压紧试件，需进行预加载，预加载所用的荷载可取为分级荷载的前3 级。 具体加载步骤如下： 荷载小于理论承载力的60% 时，采用分级加载，每级荷载增量不宜大于理论承载力计算值的20％；荷载小于理论承载力的 80% 时，仍采用分级加载，每级荷载增量不宜大于理论承载力计算值的5 ％；荷载超过理论承载力的 80% 以后，改用连续加载，加载速率一般控制在每分钟荷载增量不宜大于理论承载力计算值的5%；构件达到极限承载力时，停止加载，但保持千斤顶回油阀为关闭状态，持续3分钟左右。由于构件达到了失稳状态，因此即使关闭回油阀，荷载仍然会出现下降，而试件的变形将继续发展； 最后缓慢平稳的打开千斤顶回油阀，将荷载逐渐卸载至零。测点布置 实验中量测项目包括施加荷载、柱子中央的出平面侧移、应变变化情况等。图中给出了工字型截面轴心受压试件的应变片和位移计布置情况。在试件的中央布置了3 个水平位移计，其中 1 个位移计平行于腹板放置，另外 2 个位移计平行于翼缘放置，分别记为 D1、D2、D3；应变片共4 片，布置在中央截面的翼缘外侧，分别记为 S1、S2、S3、S4。测点布置四、实验预分析过程和结果轴心受压构件的弹性微分方程 钢结构压杆一般都是开口薄壁杆件。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：双轴对称截面轴心受压构件的失稳形式和失稳临界力 双轴对称截面的剪力中心与形心重合，代入可