同济大学钢结构实验报告T型柱受压.docx
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同济大学钢结构实验报告T型柱受压
《钢结构实验原理实验报告》
——T型柱受压构件试验
1551924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
而对于T型截面,X0=0,Y0≠0,得到
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)规公式
(2)欧拉公式
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
2.承载力估算
将截面特性带入公式得
即发生弯扭失稳
(1)欧拉公式计算的承载力
(2)规公式计算的荷载
查表为0.4661
则最终承载力应为67.47-95.33KN
3.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。
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