工字形截面轴心受压柱的整体稳定实验 - 图文

? 双轴对称截面轴心受压构件的失稳形式和失稳临界力

双轴对称截面的剪力中心与形心重合，代入可得

说明双轴对称截面轴心压杆在弹性阶段工作时，三个微分方程互相独立，可以分别单独研究。

? 对于理想压杆，可分别求得欧拉弯曲失稳临界力

。

和欧拉扭转失稳临界力

也可写成另一种形式：

? 实验前需要对试件失稳荷载的大致范围做一估算。

两端简支的工字形截面理想轴心受压构件的临界压力可以根据以上式子计算得到：

欧拉临界力=15.95/KN 规范临界力=15.54/KN

五、实验过程

? 由工人师傅帮助我们贴好应变片，安装好位移计

? 用手动千斤顶加载到2KN，观察静态应变仪中，各应变点的读数，若相差幅度超过15%

则卸载后可正式进行加载试验，否则卸载，并重新调整试件位置后继续进行物理对中。判断试件是否位于中心位置。

? 通过调整螺栓和加垫片进行试件物理对中。

? 记录对中时的数据。 ? 开始缓慢加载。

六、实验现象

? 加载初期：无明显现象，随着加载的上升，柱子的位移及应变呈线性变化，处于弹性阶

段。

? 接近破坏：应变不能保持线性发展，构件逐渐产生肉眼可见的弯曲。 ? 破坏现象：柱子明显发生弯曲，支座处刀口明显偏向一侧，千斤顶作用力无法继续增加，

发生绕弱轴的弯曲失稳，力不再增加位移却急剧增加，说明构件已经达到了极限承载力，无法继续加载。

? 破坏模式：绕弱轴弯曲失稳破坏

?

七、实验结果的分析

工字形截面轴心受压构件的弯曲失稳 工字形截面属于双轴对称截面，因此工字形截面轴心受压构件只可能发生弯曲失稳或扭转失稳。对于常见的非薄壁工字形截面，其截面的抗扭刚度GI t和翘曲刚度EIω都很大，因此不会发生扭转失稳。当构件未设置沿截面强轴的支撑时，由于工字形截面绕强轴的惯性矩大于绕弱轴的惯性矩，因此构件将发生绕弱轴的弯曲失稳。

? 实验现象及破坏模式与实验曲线之间的相互解读

10号曲线对应为绕弱轴位移，8号曲线对应绕强轴位移。从图中可以明显看出，构件最后破坏是绕弱轴发生失稳，这也正符合理论计算时的结果，绕弱轴长细比较大，又弱轴控制整体稳定极限承载力。

在加载的初期，位移与荷载关系接近直线，钢筋内的应力分布较为均匀，初偏心引起的弯矩大，因此挠度较小。随着荷载逐渐增大，二阶效应的作用便体现出来，构件绕弱轴挠度增大速度变快，并最终发生破坏。破坏瞬间绕强轴的位移也明显增大，说明最后破坏有扭转。

从图中可以看出在荷载施加初始阶段，构件中的点都是受压的，这是因为此时构件挠度小，附加弯矩小，截面处于全截面受压状态。但当轴力增大后，挠度不断增大，附加弯矩增大，此时弯矩产生的拉应力已经超过了轴力产生的压力，在弯曲的外侧产生了拉应变。这时构件已接近失稳破坏。最后受压区先屈服，因为在受压区弯矩和轴力作用叠加，应变较受拉区大，构件破坏。

? 试件稳定承载力理论值的计算结果