同济大学钢结构课程实验报告范例

钢结构基本原理实验报告学号：043728姓名：杨扬实验名称：箱形截面轴心受压柱局部失稳实验组号：L-W-14-1实验日期：2008-5-26一、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444442242(2)x∂∂∂∂+++∂∂∂∂0=其中，板的单位宽度的抗弯刚度3212(1)EtDν=−对于简支矩形板，方程的解w可用下列双重三角级数表示：11sinsinmnmnmxnywAabππ∞∞===∑∑可得Nx的临界值2222()bxcrDmbnaNambπ=+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。222()bxcrDmNkkambπ==式中，板的稳定系数ba+当板屈曲时，沿y轴方向总是有k为最小值的半波数。/2//ababab≤≤≤≤≤当　　时，板屈曲成一个半波；当26时，板屈曲成两个半波；当612时，板屈曲成三个半波。临界应力2xcr2bxcrNkDttπσ==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ζ对箱形截面，有22000.38()1(/)tttctζ=−b22(2)103kζ=++1三、实验设计资料1.试件几何参数：实测截面几何数据单位截面高度Hmm180.00截面宽度Bmm75.00翼缘厚度Tfmm3.00腹板厚度Twmm3.00试件长度Lmm270.022.材料的力学性能试验结果材性试验铝合金6061-T6屈服强度f0.2MPa245.00拉断强度fuMPa265.00弹性模量EMPa68000.003.实验设计内容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。3.2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。3.3测点布置3.3.1纵向应变片布置（8个）3.3.2水平位移计布置（4个）33.3.3竖向位移计布置（2个）4.实验结果预分析构件板件有/270/1801.5ab==→m=2即两个半波时，临界力有最小值。故预计该试件局部失稳将为板件两个半波的变形。4.1不考虑板组约束的弹性分析222180270()()4.342702180mbakamb×=+=+=×33222680003168131.9/12(1)12(10.3)EtDNν×===⋅−−mmmm22xcr224.34168131.974.1b1803kDMPatππσ×===×xcrxcr74.13510113.4NtLkNσ==××=其中，k–板件稳定系数D–单位板宽的抗弯刚度t–板厚（mm）L–截面所有板件周长(mm)xcrσ–截面临界应力（MPa）Nxcr–截面临界荷载（kN）4.2考虑板组约束的弹性分析2222000.3830.38()()0.461(/)31(375/3180)tttctbζ==−−××=2222(2)(2)5.12103100.463kζ=+=+=+×+422xcr225.12168131.987.4b1803kDMPatππσ×===×xcrxcr87.43510133.7NtLkNσ==××=其中，ζ-板组约束系数四、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：上部凸出，下部凹陷。试件最终破坏形式：局部失稳。2.数据处理荷载-竖向位移曲线050100150200250300012345竖向位移(mm)荷载(kN)D5D6荷载-横向位移曲线050100150200250300-8-6-4-202468横向位移(mm)荷载(kN)D1D2D3D45荷载-应变曲线050100150200250300-6000-5000-4000-3000-2000-10000100020003000应变(με)荷载(kN)S5S6S7S8c实验数据表明，板件发生局部失稳时的临界荷载97.7kN破坏荷载250kN五、实验结果分析理论：xcr113.4Nk=NN实际：xcr97.7Nk=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。Nu=250kN六、实验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两倍。6