钢结构基本原理实验报告.docx

钢结构基本原理实验报告 学号： 姓名： 实验名称：箱形截面轴心受压柱局部失稳 实验组号： 实验日期： 一、实验目的： 本试验通过研究认识箱形截面构件在轴心压力作用下局部失稳的全过程，掌握研究和分析构件局部失稳形式的方法。二、实验原理： 根据弹性理论，简支矩形板在纵向均布压力Nx（单位板宽的荷载，单位 kN/mm）作用下，板中面的屈曲平衡方程为 其中，板的单位宽度的抗弯刚度： 对于简支矩形板，方程的解w可用下列双重三角级数表示： 可得Nx的临界值 当n=1时，得临界力最小值。即当板屈曲时，沿y轴方向只有一个半波。 式中，板的稳定系数 当板屈曲时，沿y轴方向总是有k为最小值的半波数。 当时，板屈曲成一个半波；当时，板屈曲成两个半波；当时，板屈曲成三个半波；临界应力 该截面由多块板件组成，故应考虑板组间的约束因素。即k值应包括板组间的约束系数 对箱形截面，有 三、实验设计资料3.1.1试件设计3.1.2支座设计3.1.3测点布置（CAD重做图）3.2 材料的力学性能参数弹性模量EMPa206000.00 屈服强度fyMPa267.00 柏松比0.33.3 实验设计内容3.3.1 实验装置加载设备：千斤顶； 由千斤顶及反力梁施加压力，压力传感器测定荷载值； 应变片测量试件纵向应变；纵向位移计测量试件侧向位移，竖向位移计测量试件纵向伸缩变形。 3.3.2 加载方式千斤顶通过厚钢板将荷载施加于构件两端，并调整使之作用点与截面形心尽量重合。视为均布轴心荷载。4. 实验结果预分析计算过程：（1） 按四边简支计算：临界承载力：，板的稳定系数对于宽面m=2时得到k的最小值：k=4.3362对于窄面m=3时得到k的最小值: k=4.0000板的单位宽度的抗弯刚度：代入参数计算得：D=166113.4316 Nmm代入得到：局部失稳临界cr=失稳临界对应的荷载Pcr（2） 考虑板组约束的计算：约束系数稳定系数板组约束系数=1.1654考虑板组约束局部失稳临界：考虑板组约束失稳临界对应的荷载Pcr0：Pcr（3） 考虑屈曲后强度有效宽度时的应力e=267Mpa由过程（1）计算得到的：局部失稳临界cr分别为86.3548Mpa 和319.2336Mpa由得到板件的等效长细比分别为：1.7564和0.9145板件的有效宽度为：有效面积所以两类板件的有效面积分别为：205.146mm2和171.034mm2考虑屈曲后强度的承载力（4） 按全截面计算：=325.605kNA板件的截面面积整理成表格的形式：宽面B1窄面B2弹性模量EMPa206000.00 206000.00 屈服强度fyMPa267.00 267.00 柏松比0.30.3截面面积Amm21219.49 1219.49 试件长度Lmm300300板件宽度B1mm199.666666799.74相邻板件宽度B2mm99.74199.6666667板件长宽比=L/B1.50 3.01 板件厚度Tmm2.0652.065（1）按四边简支板计算板件宽厚比=B/T96.69 48.30 失稳半波数量m2 3 四边简支板稳定系数k4.3362 4.0000 局部失稳临界crMPa86.355 319.234 失稳临界对应的荷载PcrkN105.309 389.303 （2）考虑板组约束约束系数0.5064 考虑板组约束后的稳定系数k5.0536 板组约束系数1.1654 考虑板组约束局部失稳临界cr0MPa100.642 考虑板组约束失稳临界对应的荷载Pcr0kN122.732 （3）考虑屈曲后强度采用有效宽度时的应力eMpa267.0000 267.0000 局部失稳临界crMPa86.3548 319.2336 板件的等效长细比e1.7584 0.9145 有效宽度比be/b0.4976 0.8304 有效宽度bemm99.345 82.825 有效面积Aemm2205.146 171.034 考虑屈曲后强度的承载力Pu0kN200.880 （4）按全截面有效计算屈服强度fyMpa267.000 全截面屈服荷载PykN325.605 由以上表格可得：若按四边简支板计算，则对应的失稳临界对应的荷载为：Pcr=105.309kN若考虑板组约束，则对应的临界荷载为：Pcr=122.732kN若考虑屈服后强度，则对应的临界荷载为：Pu=200.880kN若按全截面有效计算，则对应的临界荷载为：Py=325.605kN四、 实验现象及数据处理 1. 实验现象 随荷载加大，长边板件出现局部失稳。失稳形式为产生两个半波屈曲。实际屈曲形式表现为：下部凸出，上部凹陷。 相应的，短边板上部凸出，下部凹陷。试件最终破坏形式：局部失稳。试验前实验中 破坏后2.数据处理（1）荷载位移曲线位移3，4对应着最后局部板件凸起的部分，相对于其他变形来说最为明显，由曲线图也可清晰地看出。其他位移2，5，1，6由于未处于显著变形区，变形趋势均不是很明显。原设计时预计是宽面板顶部发生凸起，窄面板顶部发生凹陷，而实际试验的结果的明显变形区是底部，所以未能得到理想的数据曲线。（2）荷载-应变曲线由于应变片3损坏，应变组3-8只得到应变8的数据。应变8处首先发生压力，在40kN左右压力开始减小，到80kN左右转为拉力。与应变8相类似，应变7也发生了相同的变化规律。而应变2则是从40kN附近开始，所受压力越来越大，应变也越来越大。应变1，6组与应变2，7组发生了类似的变化。应变4，9一直受到压应力，由于处于中部位置，一直受到压应力，没有特别的变化。由于应变5，10处于局部屈服区。应变10首先受到压应力，然后由于板件发生局部失稳，在80kN左右转变为拉应力。奇怪的是应变5在100kN的荷载以前一直受到拉应力，这可能是板件的局部缺陷造成的。由该曲线可以清晰地得到，实验的稳定荷载为46kN,破坏荷载为130kN左右。五、实验结果讨论：纵上所述，实验所得数据不甚理想，由于预判错了发生变形的区域，导致测点布置错误，没能得到理想的数据曲线图。理论值与实际值比较：理论值：若按四边简支板计算，则对应的失稳临界对应的荷载为：Pcr=105.309kN若考虑板组约束，则对应的临界荷载为：Pcr=122.732kN若考虑屈服后强度，则对应的临界荷载为：Pu=200.880kN若按全截面有效计算，则对应的临界荷载为：Py=325.605kN由曲线图分析：失稳荷载大约为46kN,破坏荷载大约为134kN分析：由于荷载的偏心、试件材料的不均匀性等造成失稳临界荷载比理论分析结果较小。在局部失稳发生后构件依然能够承受更大的荷载。结论：铝合金箱形截面在轴心荷载作用下发生局部失稳，且失稳后继续承载，极限荷载大小为失稳临界荷载近三倍。