H型柱轴心受压构件试验报告(同济大学).pdf

H型柱轴心受压构件试验

学生：*****
实验老师：*****

一、试验目的

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、通过试验观察工字形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、试验原理

2.1轴心受压构件的可能破坏形式

轴心受压构件的截面若无削弱，一般不会发生强度破坏，整体失稳或局部失稳总发生在
强度破坏之前。其中整体失稳破坏是轴心受压构件的主要破坏形式。
轴心受压构件在轴心压力较小时处于稳定平衡状态，如有微小干扰力使其偏离平衡位
置，则在干扰力除去后，仍能回复到原先的平衡状态。随着轴心压力的增加，轴心受压构
件会由稳定平衡状态逐步过渡到随遇平衡状态，这时如有微小干扰力使基偏离平衡位置，则
在干扰力除去后，将停留在新的位置而不能回复到原先的平衡位置。随遇平衡状态也称为临
界状态，这时的轴心压力称为临界压力。当轴心压力超过临界压力后，构件就不能维持平
衡而失稳破坏。
轴心受压构件整体失稳的破坏形式与截面形式有密切关系，与构件的长细比也有关系。
一般情况下，双轴对称截面如工形截面、H形截面在失稳时只出现弯曲变形，称为弯曲失稳。

2.2基本微分方程

钢结构压杆一般都是开口薄壁杆件。根据开口薄壁理论，具有初始缺陷的轴心压杆的弹
性微分方程为

IVIV
EIxvv0NvNx00

IVIV
EIyuu0NuNy00

IVIV2
EI0GIt0Nx0vNy0ur0NR0
H型柱为双轴对称截面，其剪力中心与形心重合，所以有：

x00

y00
IVIV''
EI(0)N0

IVIV''
EIy(0)N0

_
IVIV''''2''''
EIw(0)GIt(0)r0N0R00
由上式知双轴对称截面轴心压杆在弹性阶段工作时，三个微分方程是互相独立的。只要

截面上的残余应力对称于Y轴，同时又有u00，v00，则第一式将始终与其他两式无关，
可以单独研究。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，成为弯曲失
稳。同样，对于第二式也是弯曲失稳，只是弯曲失稳的方向不同而已。对于第三式，如果残

余应力对称于X轴和Y轴分布，同时假定，，，则压杆将只发生绕Z轴的转动，
失稳时杆件呈扭转变形状态，称为扭转失稳。对于一般的双轴对称截面，弯曲失稳的极限承
载力小于扭转失稳，不会出扭转失稳的现象。此处的H型柱就是属于这类情况。

2.3H型截面压杆的欧拉荷载

2
EIx
NEx
l2
绕x轴弯曲失稳：ox

2EI
Ny
Eyl2
绕y轴弯曲失稳：oy

2EI_1
N（wGItR）
E22
r0
绕z轴弯曲失稳：lo

l/i
其中，绕x轴弯曲失稳长细比为：xoxx
l/i
绕y轴弯曲失稳长细比为：yoyy
1

θI1GI
ωt
l2Ar22EAr2
绕z轴扭转失稳长细比为：0θ00

f
y
上述长细比均可化为相对长细比：E

稳定系数：

2
cr10.65
f
当0.215时，y
12222
cr0.9650.30.9650.34
f2
当0.215时，y2
相对长细比最大者先发生破坏，因而可以根据实测截面尺寸，计算各相对长细比，将最
大长细比带入相应的失稳临界力及得此构件的欧拉极限承载力

2.4H型截面压杆极限承载力的规范计算

其中φ取决于构件的初始缺陷，根据构件的截面类型和加工过程的不同，将构件
初始缺陷分为a类、b类、c类三类，各类缺陷的φ根据其所属缺陷曲线取值。

三、实验设计

3.1试件设计

（1）试件截面（工字形截面）：H×B××＝100×50×3.0×4.0mm；

（2）试件长度：L＝1200mm；

（3）钢材牌号：Q345B（屈服强度=345MPa，弹性模量E=206000.00MPa）；

（4）刀口厚度为36.00mm
（5）试件立面、截面如图：

（5）实测截面及材性

实测截面单位平均值截面1截面2截面3
截面高度Hmm101.12101.12100.97101.39
截面宽度Bmm50.8850.3550.9051.38

腹板厚度3.003.003.003.00
mm

翼缘厚度3.813.883.763.80
mm
试件长度Lmm1200.001200.001200.001200.00
刀口厚度mm36.0036.0