钢结构实验.docx
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钢结构实验
3.2
支座设计
（1）双刀口支座实现双向可动，如下图
3.3
测点布置
（
1
）应变片、位移计布置图
（
2
）测点、通道对应表：
应变片
实际测点
编号
位移计
实际测点编
号
7-1
42-1
D1
31-1
7-2
42-2
D2
31-2
7-3
42-3
D3
31-3
7-4
42-4
注：
31-7
为荷载
（
3
）应变片和位移计布置原理。
构件跨中截面布置了应变片和位移计。
考虑到构件是双轴对称截面，
所以会沿弱轴失稳，
将应变片贴在翼缘两端，将位移计接在
X,Y
轴上。
3.4
加载制度
（
1
）加载方式——千斤顶单调加载
本试验中单调加载，
采用油压千斤顶和反力架施加竖向荷载。
加载初期分级加载，
每级
荷载约
10%Pu
，时间间隔约
2min
，接近破坏时连续加载。
试验中合理控制加载速率，连续采
集数据，最后卸载阶段缓慢卸载。
（
2
）加载装置图
（
3
）加载原理
千斤顶在双刀口支座上产生的具有一定面积的集中荷载通过刀口施加到试件上，
成为近
似的线荷载，在弱轴平面内是为集中于轴线上的集中力。
（
4
）加载装置模拟的荷载条件
两端铰接的柱承受竖直轴心压力荷载。
3.5
实验结果预分析
（
1
）欧拉临界力计算：
根据实验理论欧拉临界力计算公式，可以计算得到：
KN
EA
N
MPa
MPa
f
mm
A
y
y
x
y
x
y
x
y
62
.
116
91
.
107
52
.
575
206000
2797
.
0
9469
.
0
3255
.
1
3597
.
0
91
.
107
28
.
29
;
206000
E
77
.
306
62
.
668
2
2
2
Ex
2
取
（
2
）
钢结构规范计算极限承载力：
KN
Af
N
a
f
y
crd
y
y
y
37
.
57
77
.
306
62
.
668
2797
.
0
797
2
.
0
1
3255
.
1
41
.
0
1
1
cr
2
则规范求得极限承载力
，
计算得稳定系数
类截面，
判断为
其中该界面失稳形态，
，
取相对长细比
四、实验现象及数据处理
4.1
实验现象
H
型截面柱发生弯扭失稳：
荷载较小时，截面呈均匀受压，随着荷载的不断增大，截面
腹板悬臂处首先偏离原平衡位置，向左偏移，
S1
、
S2
处压应力逐渐变成拉应力，直到荷载达
到实际极限荷载值，
构件整体发生逆时针向左弯曲扭转变形，
失去承载能力，
发生整体稳定
破坏。
4.2
数据处理
根据测得数据，可以绘制测点荷载—位移图以及荷载—应变图，如下：
实验数据表明
H
型截面柱发生整体失稳的实际临界荷载为
81.97KN
。
五、实验结果分析
实测极限承载力小于欧拉荷载、大于规范公式计算结果，分析承载力产生差异的原因：
1
）欧拉公式是采用“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，
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
杆的失稳呈极值型失稳。
2
）欧拉公式讨论范围仅在于杆件的弹性稳定，没有考虑杆件非弹性稳定状态。
3
）
钢结构规范设计的极限承载力是在以初弯曲为
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，
在这个过程中规范所考虑的初始缺陷影响大于此次实验，
所以
实验所得的承载力值大于计算值。
深入分析：
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；
三是无论初偏心多小，
它的临界力永远小于欧拉临界
力。
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。
六、实验结论
钢结构轴心受压杆件的整体稳定总是先于强度破坏发生，在荷载未达到强度设计值之
前，构件已经偏离原来的平衡位置发生倒塌。
稳定极限承载力大约是强度极限值的
1/3
，多
以在钢结构设计过程中，要特别重视轴心受压构件的整体稳定性。
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