冷彎薄壁帽型截面立柱軸壓試驗研究(二)

  • 發布時間:2017-08-29 12:00
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【概要描述】由于立柱軸壓承載力低,軸壓試驗在反力框中進行。反力框由兩側115mm直徑的螺紋桿和頂端300mm高的H型鋼截面組成,其中螺紋桿底端和上端分別與地面混凝土溝槽和H型鋼U型孔通過螺栓連接。反力框中的裝置如圖3所示,從上到下由上端板、上柱腳、靴套、試件、靴套下柱腳、下端板、壓力傳感器

冷彎薄壁帽型截面立柱軸壓試驗研究(二)

【概要描述】由于立柱軸壓承載力低,軸壓試驗在反力框中進行。反力框由兩側115mm直徑的螺紋桿和頂端300mm高的H型鋼截面組成,其中螺紋桿底端和上端分別與地面混凝土溝槽和H型鋼U型孔通過螺栓連接。反力框中的裝置如圖3所示,從上到下由上端板、上柱腳、靴套、試件、靴套下柱腳、下端板、壓力傳感器

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詳情

1.2試驗裝置

由于立柱軸壓承載力低,軸壓試驗在反力框中進行。反力框由兩側115mm直徑的螺紋桿和頂端300mm高的H型鋼截面組成,其中螺紋桿底端和上端分別與地面混凝土溝槽和H型鋼U型孔通過螺栓連接。反力框中的裝置如圖3所示,從上到下由上端板、上柱腳、靴套、試件、靴套下柱腳、下端板、壓力傳感器、過渡板及千斤頂構成。上、下端板與鋼棒接觸的一面上設置弧形凹槽,以形成鉸支座。凹槽中心與帽型截面形心、千斤頂中心在同一直線上。另外,為防止支座發生扭轉,千斤頂底座直接通過結構膠粘接于混凝土地面,頂端直接與過渡板焊接;壓力傳感器上下兩端分別與下柱腳底板和過渡板采用螺栓連接,如圖4所示。

為得到各級荷載作用時軸壓立柱的壓縮變形,立柱上柱腳底板的底面繞帽型截面弱軸的一側布第1

冷彎薄壁帽型截面立柱軸壓試驗研究

1H 型鋼; 3—螺紋桿; 3—上端板; 4—上柱腳; 5—靴套; 6—試件;

7—下柱腳;8—下端板; 9—壓力傳感器; 10—過渡板; 11—千斤頂。

3 反力框內試驗裝置

Fig 3 Test set- up

冷彎薄壁帽型截面立柱軸壓試驗研究

4 試驗加載部分裝置

Fig 4 Part of loading test set- up

位移計,立柱下柱腳底板的上表面繞帽型截面弱軸的一側布置第2個位移計。3個位移計的精度均為0.01mm。另外,為測量軸壓立柱沿帽型截面弱軸方向的水平位移,在立柱跨中布置第3個位移計。

為方便加載之前的物理對中,在軸壓立柱試件的跨中,帽型截面的上翼緣、下翼緣、腹板和翻邊上分別均勻布置13個應變片。

1. 3 試驗過程

試驗裝置就位、設備調試完成和軸壓立柱幾何對中后,即可進行物理對中。軸壓立柱的物理對中采取預加載方法,即對立柱預加理論計算極限荷載20%的軸向力,并讀取跨中截面上的所有應變值。若所有應變值相差不超過15%,則表示試件均勻受壓,可進行加載試驗,否則,需采取措施調整試件位置后再次進行加壓對中,直至各應變值滿足要求為止。對中完成后,即可進行正式的軸壓試驗。試驗采取分級加載的方式,分級大小可根據相應立柱試件極限承載力的理論計算值并結合現場的情況決定。實際操作時,第一級荷載取極限荷載理論計算值的10%,第二級以后取5%,試件接近破壞時,每級加載取1.0kN,直至試件發生破壞,停止加載,試驗終止。每級加載完成后,記錄相應數據并觀察試件的變形和失穩情況。

 

2帽型截面立柱軸壓試驗結果分析

2.1失穩形式

       
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aHC3008 1 下翼緣;                                  bHC3010 3 上翼緣。

5 試件翼緣局部失穩

Fig 5 Local buckling of flange for specimens

由于寬厚比較大,試驗中,名義厚度為0.8mm3個帽鋼立柱HC30081HC30082HC30083開始均發生局部失穩,最后發生整體失穩破壞。其中,HC30081首先在跨中附近的一邊下翼緣發生局部內凹(5a),并引起同側腹板凸起。當加載至極限荷載時,構件整體繞平行于翼緣的軸發生彎曲失穩,失去承載力。HC30082的局部失穩首先發生在跨中往上500mm的位置,表現為一側的翻邊發生外翻,繼續加載則試件最終發生彎曲失穩。HC30083的局部失穩現象同HC30081類似,繼續加載后,試件最終發生彎扭失穩。HC30101立柱沒有發生局部失穩,破壞時整個試件發生彎扭失穩。HC30102首先在跨中往上300mm位置翻邊外翻,發生局部失穩,接近破壞時試件發生彎扭失穩。HC30103開始發生的是典型的局部失穩特征,即在跨中附近的上翼緣發生系列的波浪形鼓曲變形,且隨著荷載的增加帽型截面的腹板也發生局部屈曲(5b),最后試件的整體破壞表現為彎曲失穩(6)

HC30121HC30122HC30123在整體失穩破壞之前均未發生局部失穩,三者均為彎曲失穩破壞。其中,HC30121HC30123的彎曲方向為上翼緣受壓,下翼緣受拉。HC30122的彎曲方向與前兩者相反。HC30151HC30152HC30153除第一個試件在跨中往上1.0m處截面一側翻邊發生外翻的局部失穩外,其他兩個試件未發生局部失穩現象。3個試件的破壞形式均為整體彎扭失穩。HC30181HC30182均在跨中位置截面的上翼緣處發生外凸,并帶動兩側的腹板內凹,最終導致試件發生彎曲失穩破壞。HC30183直接發生整體失穩破壞,表現為彎扭失穩。

HC3020 1 HC3020 2 HC3020 3 試件發生的均是彎扭失穩破壞( 7)

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6 HC3010 3 的彎曲失穩                               7 HC3020 1 的彎扭失穩

Fig 6 Flexural buckling of HC3010 3           Fig 7 Flexural- torsional buckling of HC3020 1

綜上所述,對于3m長、截面尺寸如圖1的帽型截面軸壓立柱,當其厚度為0.81.0mm時,立柱一般為先局部失穩,后整體彎曲或彎扭失穩;而當截面厚度為1.21.51.82.0mm時,立柱一般會直接發生整體的彎曲或彎扭失穩。各試件具體的失穩形綜上所述,式如表3所示。

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