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
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,包括试件
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
、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
方案
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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。