钢结构基本原理实验实验报告范例

1、钢结构基本原理实验报告江彤060830钢结构基本原理实验报告学号：060830姓名：江彤实验名称：十字型柱受压构件实验实验组号：T-W-9-十 4实验日期：2009 年 4 月 24 日一、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 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：(v IV(uIV- v IV ) + Nv"-Nx q&qu

2、ot; = 0EIEIx00- uIV ) + Nu"-Ny q" = 0y00EIw (q IV -q IV ) - GI (q "-q " ) - Nx q"+ Ny q"+rNq "-Rq " = 020t00002）扭转失稳欧拉荷载十字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：(v IV- vIV ) + Nv" = 0EI（a）x0(uIV- uIV ) + Nu" = 0EI(b)y0EIw (q IV -q IV ) - GI (q &q

3、uot;-q") + rq "-Rq" = 02N(c)0t00说明十字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，只要截面上的产于应力对称与 Y 轴，同时又有u0 = 0和q 0 = 0 ，则该式将始终和其他两式无关，可单独研究。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。对于式（c），如果残余应力对称与 X 轴和 Y 轴分布，同时假定， u0 = 0和q 0 = 0 ，则压杆将只发生绕 Z 轴的转动，失稳时杆件呈

4、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；p 2 EIp 2 EI=xy绕 X 轴弯曲失稳： N绕 Y 轴弯曲失稳： N=，Exl 2Eyl 20 x0 y第1页钢结构基本原理实验报告江彤060830p 2 EIw12绕 Z 轴扭转失稳： NEq = (+ GI )tl 2r0q0十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： l0 x = m xl0长细比： l绕 Y 轴弯曲失稳计算长度： l0 y = my l0长细比： l绕 Z 轴扭转失稳计算长度： l0q = mq l0 ，端部不能扭转也不能翘曲时 mq = 0.5

5、，1绕 Z 轴扭转失稳的长细比为lq = I 1GI +×wtl 2Ar 2p 2EAr20q00上述长细比均可化为相对长细比： l = lf yEp3)稳定性系数计算公式十字型截面压杆的弯曲失稳极限承载力：p 2 EAp 2 Ef y根据欧拉公式： NEw =s Ew =l得ll222wwwù 2f + (1+ e )s+ (1 + e )sé f佩利公式：s=y0Ex-y0Ex- f sêúcry Ex22ëû再由公式j = scr可算出轴心压杆的稳定性系数。f y4）柱子j - l 曲线第2页钢结构基本原理实验报告江彤

6、060830三、实验设计资料：1）试件设计试件的截面为十字型截面， 为h ´ t = 150 ´ 4.0 mm ，扭转试验时试件长度为 L = 500mm ，弯曲试验时试件长度 L = 1000 2000mm 。实验所使用的钢材牌号为 Q235B。右图为试件，下图为试件图：扭转：弯曲：第3页钢结构基本原理实验报告江彤0608302）支座设计支座设计时边界条件应为端部不可翘曲，不可扭转。扭转屈曲时应采用端部嵌固的厚板支座。弯曲屈曲时则采用实现双向可转动的双道口支座。下图为用于弯曲的双刀口支座图：3）测点布置测点的布置应能够满足测试荷载、应变、变形、转角的需要。测点的布置应满足

7、下列条件：测点数量合理；测点的布置方便之间可以相互印证。下图为测点布置图：试验过程；所侧数据第4页应变片实际测点编号水平位移计实际测点编号竖向位移计实际测点编号S143_1D132_1D132_ 9S243_ 3D232_ 2D232_10S343_ 2D332_ 3D340_ 3S443_ 4D432_ 4D440_ 4S543_ 5D532_ 5S643_ 6D632_ 6S743_ 7D732_ 7荷载40_1S843_ 8D832_ 8钢结构基本原理实验报告江彤0608304）加载装置设计采用单调加载的加载制度。加载初期：分级加载，每级荷载约为极限荷载的 10%，时间间隔约为 2 分钟

8、；接近破坏：连续加载，合理卸载阶段：缓慢卸载。加载速率，连续数据；四、试验准备：1）试件截面实测h ´ t =149.64mm´ 3.80mm截面实测表截面实测图：2）材料拉伸试验l0lL经实验测得材料的屈服强度 f y = 243.56Mpa ，弹性模量为 E = 207100 MPa 。第5页Ofy实测截面平均值截面1截面2截面3截面宽度 B1mm149.68149.30149.65150.10截面宽度 B2mm149.60150.60149.87148.32平均宽度 Bmm149.64板厚 T1mm3.803.763.813.84板厚 T2mm3.823.923.81

9、3.73板厚 T3mm3.783.713.803.83板厚 T4mm3.813.803.823.81平均板厚 Tmm3.80试件长度 Lmm500.00500.00500.00500.00刀口厚度mm20.00钢结构基本原理实验报告江彤0608303） 设备标定需要标定的设备有千斤顶、油压传感器、位移计、应变片、4） 测点检查板。逐个检查各测点是否正常工作，位置与设计时标注的测点位置是否相同，测点是否具有初始位移等。经检测发现，除跨中截面位移计布置与所设计不同，其余均与测点布置设计图相同。测点实际布置图如下：5） 试件对中试件应满足一下条件：竖向放置、轴心受压、几何对中、应变对中。先对试件进行

10、预加检测应变片和位移计，测出各点是否有初始应变，运用公式算出其平均应变和偏心率。对于没有对中的试件，应该使用铁锤进行敲打使之到达对中位置。6） 采用实测截面和实测材料特性进行承载力计算根据钢结构设计规范有：j = s cr2l £ 0.215= 1-a l1fyj = s cr1=(a +a l + l2 ) - (a +a l + l2 )2 - 4l 2 l > 0.2152323f2y2l使用软件计算出截面几何特性：第6页钢结构基本原理实验报告江彤060830= lox250A =1122.824mm2 , I= 250mm得l= 8.134xi30.75x= loy25

11、0= 30.75mm, l= 250mm得l同理I =1061740.33mm 4 ,i= 8.13yyoyyi30.75yl0ql=0qIlGI + R2 w + 0q ×tp 2Ar 2EAr200由于十字型截面的剪力中心和形心重合，故 x0 = y0 = 0 ，式中I x + I y1061740.33 + 1061740.33 = 43.49mmr =+ x2 + y2 =000A1122.824I= 0.5I t= 0.5´1061740.33 ´3.82 = 7665765.183mm 62wy fI = 1 (149.64´ 2 + 3.8

12、) ´ 3.83 + 2 ´149.64´ 3.83 =11017.6mm4t3R = 0,l0q = 250mm则l0ql= 62.20q0.79´10 ´11017.6IlGI + R27665765.250 +× w + 0q ×t1122.824 ´ 43.4923.14207100´1122.824´ 43.49p 2Ar 2EA00故发生扭转失稳。第7页钢结构基本原理实验报告江彤060830f y235243.56本试件翼缘为焰切边，截面属于 b 类，又 l= 62.2= 63.32

13、 ，查附表 4-40q235得稳定系数j = 0.789 。最后求得极限承载力 Ncr = jAfy = 0.789 ´1122.824 ´ 243.56 = 215771N = 215.771kN又l = l0qf y= 62.2243.56= 0.68pEp2071001根据欧拉公式，有j =1/ l2 = 2.160.682故欧拉荷载为： N = jAfy = 2.16 ´1122.824 ´ 243.56 = 591.425kN五、实验现象及数据处理：1、实验现象：开始阶段，柱的荷载与应变为线性增长，随后荷载逐渐增加，使得柱的水平位移增大， 逐渐出现扭转，当应变超过水平段时开始下降，逐渐达到极限荷载值，十字型截面柱出现了扭转失稳破坏。结构实验前第8页钢结构基本原理实验报告江彤060830破坏后试件2、绘制荷载-应变曲线：第9页钢结构基本原理实验报告江彤0608303、绘制荷载-位移曲线：第10页钢结构基本原理实验报告江彤0608304、实测极限承载力比较：利用欧拉公式算出的欧