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H型截面轴心受压柱实验报告
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姓名：
任课老师：
实验老师：
实验日期：2012年03月30日
一、实验目的：
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、通过试验观察十字型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、实验原理：
1、基本微分方程
根据开口薄壁杆件理论，具有初始缺陷的轴心压杆的弹性微分方程为：
2、扭转失稳欧拉荷载
H型截面为双轴对称截面，因其剪力中心和形心重合，有x0?y0??0，代入上式可得：
(a)
(b)
(c)
说明H型双轴对称截面轴心压杆在弹性阶段工作时，三个微分方程是相互独立的，可分别单独研究。在弹塑性阶段，当研究（a）式时，只要截面上的产于应力对称与Y轴，同时又有和，则该式将始终和其他两式无关，可单独研究。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，称为弯曲失稳。这样，式（b）也是弯曲失稳，只是弯曲失稳的方向不同而已。
对于式（c），如果残余应力对称与X轴和Y轴分布，同时假定，和则压杆将只发生绕Z轴的转动，失稳时杆件呈扭转变形状态，称为扭转失稳。
对于理想压杆，则有上面三式可分别求得十字型截面压杆的欧拉荷载为：
绕X轴弯曲失稳：，绕Y轴弯曲失稳：
绕Z轴扭转失稳：
H字型截面压杆的计算长度和长细比为：
绕X轴弯曲失稳计算长度：，长细比
绕Y轴弯曲失稳计算长度：，长细比
绕Z轴扭转失稳计算长度：，端部不能扭转也不能翘曲时，长细比
上述长细比均可化为相对长细比：
3、稳定性系数计算公式
H字型截面压杆的弯曲失稳极限承载力：
根据欧拉公式得
佩利公式：
再由公式可算出轴心压杆的稳定性系数。
4、柱子曲线
当λ≤0.215，φ=σcrfy=1-α1λ2
当λ≥0.215，φ=σcrfy=12λ2[α2+α3λ+λ2-α2+α3λ+λ22-4λ2]
α1=0.65,α2=0.965,α3=0.300
三、实验设计：
1、试件设计
（1）试件截面（H形截面）
h×b×tw×tf＝100×60×4.0×4.0mm；
（2）试件长度：L＝1300mm；
（3）钢材牌号：Q235B；
（4）试件立面、截面如图：
（5）试件设计时考虑的因素
1)充分考虑实验目的，设计构件的破坏形式为沿弱轴弯曲失稳；
2)合理设计构件的尺寸，使其能够在加载仪器上加载；
3)考虑一定经济性。
2、支座设计
双刀口支座图
（2）支座设计原理
双刀口支座由3块钢板组成，中间一块钢板上表面开有横槽，下表面开有纵
槽；上钢板则设有一道横刀口，下钢板设有一道纵刀口。将这3块钢板和在一起
就组成了双刀口支座，它在两个方向都能很好的转动。
（3）支座模拟的边界条件
实现双向可滑动，模拟为双向铰支座。
3、测点布置
（1）应变片、位移计布置图
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S17_4D131_1S27_3D231_2S37_1D331_3S47_2荷载31_7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。
4、加载装置设计
（1）加载方式——千斤顶单调加载
本试验中的时间均采用竖向放置。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：连续加载；合理控制加载速率；连续采集数据。
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。
四、实验准备：
1、试件截面实测
实测值见下表：
实测截面平均值截面1截面2截面3截面高度Hmm104.30103.22105.44104.25截面宽度Bmm60.7661.2960.3860.63腹板厚度Twmm4.004.004.004.00翼缘厚度Tfmm4.244.424.144.15试件长度Lmm1200.001200.001200.001200.00刀口厚度mm36.0036.0036.0036.00计算长度mm1272.00材性试验屈服强度fyMPa267.00弹性模量EMPa206000.00实际截面性质：
截面规格截面高度Hmm104.30截面宽度Bmm60.77腹板厚度Twmm4.00翼缘厚度Tfmm4.24fyMPa235EMPa206000Iymm4149881.49Ixmm41477591.6Amm2898.612、材料拉伸试验：给出屈服强