┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊《钢结构结构基本原理》试验课程作业L ENGINEERING钢结构基本原理试验报告试验名称T 形轴心受压柱的整体稳定试验试验课教师***姓名***学号****手机号**理论课教师*日期2012年11月21日┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊一、试验目的1、了解T形截面轴心受压钢构件的整体稳定试验方法，包括试件设计、试验装置设计、测点布置、加载方式、试验结果整理与分析等。
2、观察T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T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、试验原理轴心受压构件的可能破坏形式有强度破坏、整体失稳破坏和局部失稳等几种，其中整体失稳破坏时轴心受压构件的主要破坏形式。
对于理想压杆模型，即杆件是等截面压杆，压力作用线与截面形心纵轴重合，材料是完全均匀和弹性的，其整体稳定性能可用欧拉临界力或欧拉临界应力表征：然而对于实际构件而言，都带有多种初始缺陷，根据开口薄壁杆件理论，引入初始缺陷的轴心压杆的弹性微分方程为：我国规范通过试验统计获得了四组柱子曲线：┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图2钢结构规范柱子曲线对于T型截面压杆，其欧拉临界力为图1 ,T型截面示意图T形截面属于单轴对称截面，而且其对称轴为弱轴，因此，当不设置平面外支撑时，T 形截面轴心受压构件总是发生弯扭失稳。
稳定系数与承载力计算如下:y,vx,u┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊对其弱轴x轴：换算长细比：根据Perry公式T型截面压杆的稳定承载力从而获得稳定系数：三、试验设计1、试件设计根据反力架的尺寸以及千斤顶的最大行程与加载能力，本实验设计的试件主要参数如下，试件截面（T形截面）h×b×t w×t f=60mm×600mm×5mm×5mm试件长度：L＝500mm钢材牌号：Q235B┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2、实验装置设计下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，设计了双刀口固定铰支座。
双刀口支座在任意方向上具有良好的转动性能。
双刀口支座：刀口平行于构件弱轴方向布置。
图3 双刀口支座详图3、加载方式T 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：①当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 ％；②当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％；③当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%；④当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；⑤最┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊后缓慢平稳的打开千斤顶回油阀，将荷载逐渐卸载至零。
4、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。
下图给出了T型截面轴心受压试件的应变片和位移计布置情况。
图4 应变片及位移计布置图其注：位移计布置图中的箭头表示改点位移正方向。
四、实验准备和预分析1、试件截面实测：实测截面平均值截面1 截面2 截面3截面高度H mm 61.79 61.77 61.59 62.01截面宽度B mm 60.51 60.35 60.82 60.35腹板厚度Tw mm 4.74 4.44 5.06 4.71翼缘厚度Tf mm 4.99 5.55 4.04 5.39试件长度L mm 500.00 500.00 500.00 500.00刀口厚度mm 36.00计算长度Lx mm 572.00计算长度Ly mm 572.00计算长度Lw mm 286.00材性试验屈服强度fy MPa 267.00弹性模量E MPa 206000.00表1截面实测数据记录表2、材料拉伸试验：┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊┊表2材料拉伸试验数据记录表3、采用实测截面和实测材料特性估算承载力： 计算公式根据欧拉公式：根据《钢结构设计规范》当λ ≤ 0.215时：当λ > 0.215时：（1）截面几何性质：面积：260.51 4.99(61.79 4.99) 4.74571.1769A mm =⨯+-⨯=截面形心4.74(61.79 4.99)(61.79/2)14.563mm 571.1769c x ⨯-⨯==惯性矩：33441[60.51 4.99(61.79 4.99) 4.74]9.26341012x I mm =⨯+-⨯=⨯323241160.51 4.7460.51 4.7414.563 4.99(61.79 4.74)12124.9957.05(57.05/214.563 4.74/2)214418.583y I mm =⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯-+⨯⨯-+= 回转半径：┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊12.735xxIi mmA==19.375yyIi mmA==长细比：57244.91612.735xxxliλ===57229.52219.375yyyliλ===因绕x轴失稳属于弯扭失稳，需计算换算长细比ωλ。
因T形截面的剪力中心在翼缘板和腹板中心线的交点，所以剪力中心距形心的距离0014.563,0cx xx mm y==等于，即2220002292634214418.58314.563749.660571.1769x yI Ir x yAmm+=+++=+=T0wI=对形截面，3341(60.51 4.7457.05 4.99)3=4510.882mmtI=⨯+⨯52/N mm⨯材料的剪切模量G=0.7910不考虑残余应力，则有你R0=代入公式得222200252=2862860.79104510.882794.66571.1769206000=50.888w tlI l GI RAr EArθθθλππ++⨯=⨯⨯⨯⨯⨯┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊222222222222222222 11=+4221114.56350.888+44.91650.888429.522 22749.664600.934x x xxrωθθθλλλλλλλ++-=++-⨯⨯=（）（）（1-）（44.916）（）（1-）44.916=67.83ωλ因x yωλλλ>>，只需计算ωλ67.83267=0.777206000yfEωωλλππ==（3）规范法求临界力：因为T型钢为焊接，翼缘为轧制或剪切，所以构件为b类截面，α2=0.965 α3=0.32222232321[()()4]0.7372cryfσϕααλλααλλλλ------==++-++-=求得：112.382cr yN f A kNϕ==（2）欧拉临界力：22251.086EEAN kNωπλ==五、实验现象观察试件，可以清晰的看到当加载到一定程度后试件发生弯曲，但扭转不太明显。
但加载过程中，观察荷载应变曲线，可以发现当荷载加到一定程度，23-1与23-6的荷载应变曲线发生明显转折，这主要因为弯矩增大，在23-1与23-6处产生拉应力。
而当荷载达到极大值，无法增加，且应变与位移均有突变时则说明已经发生弯扭失稳破坏。
六、实验结果整理与分析1、实测数据见附表1.┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊-2.5-2-1.5-1-0.500.51 1.52 2.5x 104 -202040608010012023-123-223-323-423-523-62、荷载—应变曲线图5 荷载—应变曲线3、荷载—位移曲线-40-30-20-1001020304050-202040608010012031-131-231-3图6 荷载—位移曲线应变荷载位移┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图7 最终破坏模式4、数据分析从曲线可以看出，刚开始时，位移基本为0，应变基本相同，都为受压，而当达到极限承载力时，荷载与位移均有突变，23-1,2,3,6的应变均大幅增加，且1,6受拉，2,3受压，31-2,3的位移也均大幅增加，此时荷载无法继续增加，只有减小荷载才能维持平衡。
分析31-1的位移可以发现其基本为0（位移始终在2.2mm以内），说明试件没有绕强轴的弯曲，而31-2与31-3都有较大位移，从最后破坏模式也能看出，试件绕弱轴发生了明显的弯曲，而31-2与31-3位移并非完全相等，31-3的位移最多比31-2大7mm，这表明试件发生了逆时针的扭转（从上往下观察），但扭转并不明显，所以较难直接从试件的破坏模式观察出。
从荷载应变曲线，可以看出23-3较23-2应变的绝对值较大，且都为负，表示受压，23-1较23-6应变的绝对值大，且都为正，这与弯扭时的分析结果是一致的。
5、实测极限承载力分析实测极限承载力：116.173uN kN=该结果远远小于欧拉临界力：251.086EN kN=；而与规范临界力较吻合：112.382crN kN=（误差：3.3%），说明轴心受压构件的初始缺陷对于其整体稳定有较大影响，而规范的稳定承载力估算具相对教好的精度，并且留有一定的安全储备，另外可见所选试件初始缺陷不严重，质量合格，而如果按设计值计算时，则得到的承载力更小，可见规范是安全合理的。