鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、-. z鋼構(gòu)造根本原理演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告-. z實(shí)驗(yàn)一：摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪連接實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饽Σ列透邚?qiáng)度螺栓抗滑移系數(shù)的計(jì)算方法；了解摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接不同階段的受力性能和破壞過(guò)程；掌握摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪連接的承載力計(jì)算方法。二、 實(shí)驗(yàn)原理摩擦型高強(qiáng)螺栓連接是將高強(qiáng)度螺栓擰緊，使螺桿產(chǎn)生預(yù)拉力壓緊構(gòu)件接觸面，靠接觸面的摩擦力阻止其相對(duì)滑移，到達(dá)傳力目的，并以板件間的摩擦力被外力克制作為極限狀態(tài)。因此，接觸面抗滑移系數(shù)是重要的計(jì)算參數(shù)。即其中N為滑動(dòng)外力，P為螺栓預(yù)拉力單個(gè)剪力螺栓的承載力計(jì)算： 受剪承載力： 承壓承載力：注：實(shí)驗(yàn)給定參考數(shù)、實(shí)驗(yàn)器材編號(hào)名稱單組實(shí)驗(yàn)數(shù)量備注10015310 鋼

2、板2Q34510010325 鋼板2Q34510.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)度螺栓4M20扭矩扳手1 = 5 * GB3 * MERGEFORMAT 200t萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)1注：表中未注明單位均為mm雙摩擦面雙栓拼接拉力試件圖1 雙摩擦面雙栓拼接拉力試件平面圖圖2 雙摩擦面雙栓拼接拉力試件圖圖3 拉力試件零件圖4 拉力試件零件注：拉力試件摩擦面采用拋丸、除銹處理圖中所示單位均為mm四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果第一步：試件組裝 將試件放在平臺(tái)上，并使板與板之間螺栓孔對(duì)齊，觀察板試件外表較為粗糙，摩擦面數(shù)目nf=2。第二步：螺栓初擰、終擰 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄預(yù)扭矩T 先將螺栓用手初擰，使其不脫落：將扭矩扳手調(diào)到465N/m大小，

3、然后用其將螺栓擰緊，當(dāng)聽(tīng)到咯噔一聲，停頓，依次將四個(gè)螺栓擰緊。第三步：試件加載將組裝試件置于萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中，開(kāi)場(chǎng)緩慢加荷直到板之間發(fā)生相對(duì)滑移。仔細(xì)觀察此時(shí)鋼板的截面會(huì)發(fā)現(xiàn)螺栓孔周?chē)鄬?duì)其他部位變得很光滑，即認(rèn)為此時(shí)試件已破壞。 加載曲線如圖五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及思考1、由實(shí)驗(yàn)過(guò)程求取摩擦系數(shù)； P=155kN nf=2 n=2 根據(jù)曲線得N=285N 2、由實(shí)驗(yàn)過(guò)程理解預(yù)拉力的加載原理；實(shí)驗(yàn)之前先用扭矩扳手給高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉應(yīng)力，使螺栓對(duì)板件產(chǎn)生壓力。根據(jù)摩擦原理，由于摩擦系數(shù)的存在，使板與板之間產(chǎn)生很大的摩擦力，到達(dá)摩擦性高強(qiáng)度螺栓的作用機(jī)理。 3、高強(qiáng)度摩擦型螺栓不同階段的受力性能及破壞過(guò)程； 1靠

4、摩擦傳力的彈性階段 在加荷初期，由于荷載較小，靠構(gòu)件接觸面的摩擦力傳遞，栓桿與孔壁間的間隙保持不變，連接工作處于彈性階段，在n-圖上呈現(xiàn)出0，1斜直線段。但由于板件間摩擦力的大小取決于擰緊螺帽時(shí)在螺桿中的初始拉力，一般來(lái)說(shuō)，普通螺栓的初拉力很小，故此階段很短。2相對(duì)滑移階段 隨著荷載不斷增大，連接中的剪力到達(dá)構(gòu)件間摩擦力的最大值，板件間產(chǎn)生相對(duì)滑移，其最大滑移量為螺栓桿與孔壁之間的間隙，直至螺栓與孔壁接觸，相應(yīng)于n-曲線上的1，2水平段。3靠栓桿傳力的彈性階段 荷載繼續(xù)增加，連接所承受的外力主要靠栓桿與孔壁接觸傳遞。栓桿除主要受剪力外，還有彎矩和軸向拉力，而孔壁則受到擠壓。由于栓桿的伸長(zhǎng)受到螺

5、帽的約束，增大了板件間的壓緊力，使板件間的摩擦力也隨之增大，所以n-曲線呈上升狀態(tài)。到達(dá)3點(diǎn)時(shí)，曲線開(kāi)場(chǎng)明顯彎曲，說(shuō)明螺栓或連接板到達(dá)彈性極限，此階段完畢。 受剪螺栓連接到達(dá)極限承載力時(shí)，可能的破壞形式有：當(dāng)栓桿直徑較小，板件較厚時(shí)，栓桿可能先被剪斷；當(dāng)栓桿直徑較大，板件較薄時(shí)，板件可能先被擠壞，由于栓桿和板件的擠壓是相對(duì)的，故也可把這種破壞叫做螺栓承壓破壞；端距太小，端距圍的板件有可能被栓桿沖剪破壞；板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉斷。 4、 比擬三種螺栓安裝和工作中的優(yōu)缺點(diǎn)，并思考其各自適合的工作環(huán)境 普通螺栓安裝時(shí)只要擰緊就行，而高強(qiáng)度螺栓需要安裝時(shí)需要施加一定的預(yù)應(yīng)力，即通過(guò)扭矩扳手。工

6、作中普通螺栓的強(qiáng)度相對(duì)低一些，但是可以拆卸，重復(fù)利用；高強(qiáng)度螺栓強(qiáng)度更高，受力性能更好，其中分摩擦型和承壓型，摩擦型只要構(gòu)件滑移就認(rèn)為破壞，個(gè)人的心理上有更好的平安感，承壓破壞有普通螺栓破壞形式一樣，承受的荷載更大一些。高強(qiáng)度螺栓只要用于重要的永久連接構(gòu)件中，并且要做好防潮處理防止在雨天施工；普通螺栓則用在相對(duì)次要的構(gòu)件上，或者經(jīng)常拆卸的部位。實(shí)驗(yàn)心得 在進(jìn)展摩擦型高強(qiáng)度螺栓抗剪連接實(shí)驗(yàn)中，我們首先學(xué)會(huì)了高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力的加載過(guò)程，即先用普通扳手初擰，使板件靠攏，再用一種可顯示扭矩值大小的特制扳手終擰；然后通過(guò)試驗(yàn)機(jī)加載，觀察到連接板件所受拉力與相對(duì)位移之間的關(guān)系，即螺栓所受剪力大小與相對(duì)位移之

7、間的變化曲線，了解了摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接不同階段的受力性能和破壞過(guò)程。本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程我有以下思考與心得體會(huì)： 1、摩擦型高強(qiáng)度螺栓與承壓型高強(qiáng)度螺栓的區(qū)別，僅僅是極限狀態(tài)的規(guī)定不同，對(duì)于所用螺栓類(lèi)型及預(yù)拉力的加載方法以及最后的加載過(guò)程均一樣。摩擦型高強(qiáng)度螺栓的極限承載狀態(tài)是以摩擦力剛被克制的時(shí)刻，故進(jìn)展承載力驗(yàn)算時(shí)不需進(jìn)展孔壁承壓驗(yàn)算；而承壓型高強(qiáng)度螺栓計(jì)算方法則與普通螺栓計(jì)算一樣，即仍需進(jìn)展孔壁承壓驗(yàn)算。 2、摩擦型高強(qiáng)螺栓的受剪實(shí)驗(yàn)曲線中，與普通螺栓所不同的是，其彈性工作階段的圍較大。原因是普通螺栓僅靠板件之間的摩擦傳遞外力，而由于普通螺栓的緊固預(yù)拉力很小，產(chǎn)生的摩擦力也較小，而摩擦型高強(qiáng)度

8、螺栓由于預(yù)拉力較大，故可承受較大的剪力而不產(chǎn)生滑移。 3、摩擦型高強(qiáng)度螺栓的摩擦面粗糙程度對(duì)于受剪承載力影響較大，即抗滑移系數(shù)的大小將直接影響受剪承載力大小。在本次實(shí)驗(yàn)中，板件摩擦面采用拋丸、除銹處理，抗滑移系數(shù)可以得到有效增加。由此可以看出，在實(shí)際工程中，應(yīng)注意摩擦型高強(qiáng)螺栓所連接的板件外表情況，如當(dāng)連接在潮濕或淋雨?duì)顟B(tài)下進(jìn)展拼裝，會(huì)降低抗滑移系數(shù)值的大學(xué)，故應(yīng)采取防潮措施防止在雨天施工，以保證連接處外表枯燥。 4、由于摩擦型高強(qiáng)度螺栓的受剪承載力主要是板面摩擦力的大小所影響，因此可以判定，當(dāng)摩擦型高強(qiáng)度螺栓承當(dāng)拉力時(shí)，會(huì)由于降低板件之間的預(yù)拉力大小進(jìn)而降低板件摩擦力大小，直接影響摩擦型高強(qiáng)

9、度螺栓的抗剪承載力。一言以蔽之，同時(shí)承受拉力和剪力的高強(qiáng)度螺栓，會(huì)由于拉力引起的預(yù)拉力損失，造成其受剪承載力減小。而這種情況在普通螺栓及承壓型高強(qiáng)度螺栓中則不予考慮，因?yàn)槠胀菟ǖ臉O限狀態(tài)是發(fā)生在板件發(fā)生滑移、螺栓貼緊孔壁時(shí)，摩擦力的損失對(duì)其受剪承載力大小無(wú)影響。實(shí)驗(yàn)二：工字形截面軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?= 1 * GB3 * MERGEFORMAT 掌握鋼構(gòu)件實(shí)驗(yàn)方法，包括試件設(shè)計(jì)、加載裝置設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理等； = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 觀察工字形截面軸心受壓柱的失穩(wěn)過(guò)程和失穩(wěn)模式； = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 將理論極限承載力和實(shí)測(cè)值進(jìn)

10、展比擬，加深對(duì)軸心受壓構(gòu)件極限承載力的理解； = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 分析思考極限承載力的影響因素。二、 實(shí)驗(yàn)原理軸心受壓構(gòu)件在軸心壓力較小時(shí)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，如有微小干擾力使其偏離平衡位置，則在干擾力除去后仍能回復(fù)原來(lái)的平衡狀態(tài)。隨著軸心壓力的增加，軸心受壓構(gòu)件會(huì)由穩(wěn)定平衡狀態(tài)過(guò)渡到隨遇平衡狀態(tài)，這時(shí)如有微小干擾力使其偏離平衡位置，則在干擾力除去后，將停留在新的位置而不能回復(fù)到原來(lái)的平衡位置。當(dāng)軸心壓力超過(guò)臨界壓力后，構(gòu)件就不能維持平衡而失穩(wěn)破壞彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)。三、 實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材統(tǒng)計(jì)表編號(hào)名稱單組實(shí)驗(yàn)數(shù)量備注微機(jī)控制電液伺服壓力實(shí)驗(yàn)機(jī)1工字形截面 1

11、501008101長(zhǎng)1500mm Q34520020200鋼板2Q345注：表中未注明單位均為mm工字形截面軸壓構(gòu)件整體試件圖1 工字形截面軸壓柱正立面圖圖2 工字形截面軸壓柱側(cè)立面圖圖3 工字形截面軸壓柱橫截面四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果Step1 試件安裝實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄在教師和學(xué)長(zhǎng)的幫助下，將工字型截面梁裝在了微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)上，試件采取了倆端鉸接的固定方式，用刀口鉸支座進(jìn)展固定，為了確保構(gòu)件受軸心壓力，在安裝時(shí)要仔細(xì)檢查構(gòu)件的上下對(duì)齊情況。另外，為了確保平安，還需要在試件外圍纏繞數(shù)圈麻繩。Step2 根據(jù)構(gòu)件兩端固定條件，記錄L0* L0y在教師的講解下，我們知道了構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度是倆固定端

12、刀口凹槽底之間的距離，而不是構(gòu)件本身的長(zhǎng)度或者說(shuō)是腹板之間的距離。Step3 試件加載 記錄加載曲線試件開(kāi)場(chǎng)加載，當(dāng)試件所承受的壓力大于彎曲屈曲的臨界應(yīng)力Ncr時(shí)，構(gòu)件發(fā)生彎曲屈曲，失去整體穩(wěn)定性。 加載曲線中間彎曲處是由于構(gòu)件缺陷和實(shí)驗(yàn)器材影響構(gòu)件發(fā)生整體失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及思考1、描述軸心受壓柱失穩(wěn)模式并解釋原因；工字形截面屬于雙軸對(duì)稱截面，因此工字形截面軸心受壓構(gòu)件只可能發(fā)生彎曲失穩(wěn)或扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。對(duì)于常見(jiàn)的非薄壁工字形截面，其截面的抗扭剛度GIt和翹曲剛度EI都很大，因此不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。當(dāng)構(gòu)件未設(shè)置沿截面強(qiáng)軸的支撐時(shí)，由于工字形截面繞強(qiáng)軸的慣性矩大于繞弱軸的慣性矩，因此構(gòu)件將發(fā)生繞弱軸的彎曲失

13、穩(wěn)。 2、由條件查表求構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)及整體失穩(wěn)時(shí)對(duì)應(yīng)的承載力； 查表得整體穩(wěn)定系數(shù)=0.601Q345，b類(lèi)缺陷 3、將實(shí)驗(yàn)值同理論值進(jìn)展比擬并分析原因； 實(shí)驗(yàn)中實(shí)測(cè)值為801KN，比理論值566.4KN大。分析其可能原因：一、荷載初始偏心的影響；二、鋼材制造性質(zhì)的差異；三、壓桿端部支撐處存在摩擦，引起承載力增加。 4、分析思考極限承載力的影響因素。 實(shí)際工程中不可防止地存在初彎曲，荷載初偏心和剩余應(yīng)力等初始缺陷，這些缺陷都會(huì)降低軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。 原因一：荷載初偏心由于制造、安裝誤差的存在，壓桿也一定存在不同程度的初偏心。初偏心對(duì)壓桿的影響與初彎曲的十分相似壓力一開(kāi)場(chǎng)就產(chǎn)生撓曲并隨

14、荷載增大而增大初偏心越大變形越大承載力越小無(wú)論初偏心多小它的臨界力永遠(yuǎn)小于歐拉臨界力。 原因二：剩余應(yīng)力剩余應(yīng)力使局部截面區(qū)域提前屈服從而削弱了構(gòu)件剛度導(dǎo)致穩(wěn)定承載力下降。 原因三：初彎曲嚴(yán)格的講桿件在加工、制造、運(yùn)輸和安裝的過(guò)程中不可防止的要形成不同形式、不同程度的初始彎曲導(dǎo)致壓力一開(kāi)場(chǎng)就產(chǎn)生撓曲并隨荷載增大而增大。實(shí)驗(yàn)心得在本次工字型截面軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)中，我們觀看并親自參與了全過(guò)程，如軸壓構(gòu)件兩端支撐情況的處理、試驗(yàn)機(jī)的加載過(guò)程及加載曲線、軸壓柱的失穩(wěn)過(guò)程等。本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程我有以下思考與心得體會(huì)：對(duì)于軸壓失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)，兩端支撐情況可以通過(guò)槽口的形式來(lái)確定，這一點(diǎn)令我受益匪淺。對(duì)于簡(jiǎn)支情況，

15、可以將壓桿端口處開(kāi)槽而在壓力機(jī)處放置刀口，已使其可繞該軸旋轉(zhuǎn)，即為簡(jiǎn)支；此時(shí)其垂直方向的軸則為固支。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師向我們提到了一點(diǎn)，如果想把兩端支撐全部設(shè)為簡(jiǎn)支，則可在壓桿邊界上設(shè)置圓球，使其繞任意方向均可旋轉(zhuǎn)。在試驗(yàn)機(jī)加荷直到壓桿失去穩(wěn)定性時(shí)，本次實(shí)驗(yàn)即完畢，試驗(yàn)機(jī)也停頓加荷。但此時(shí)我也產(chǎn)生了一個(gè)疑問(wèn)，此時(shí)如果繼續(xù)加荷會(huì)發(fā)生什么情況？由日常生活經(jīng)歷可知，該桿必然不斷彎曲直至折斷。在完畢實(shí)驗(yàn)之后，我查閱了相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)對(duì)于軸壓桿來(lái)說(shuō)，其失穩(wěn)過(guò)程是桿件由直線穩(wěn)定轉(zhuǎn)為曲線穩(wěn)定的過(guò)渡，至于為什么將此刻列為軸壓桿的失效極限狀態(tài)呢？是因?yàn)楫?dāng)壓桿在曲線穩(wěn)定狀態(tài)下，壓力的小幅度增加，都會(huì)引起彎曲撓度的大

16、幅度增加，此時(shí)已經(jīng)不適于繼續(xù)承載壓力，故認(rèn)為已失效。 3、在第2點(diǎn)解決之后，我想到了一個(gè)新的問(wèn)題，穩(wěn)定性問(wèn)題僅存在于壓桿問(wèn)題中嗎？答案當(dāng)然是否認(rèn)的，在梁中也存在穩(wěn)定問(wèn)題，即梁的整體穩(wěn)定性。與此同時(shí)我又產(chǎn)生了許多疑惑。最終經(jīng)過(guò)深入查閱資料及思考，我有了下述的認(rèn)識(shí)。眾所周知，對(duì)于壓桿屈曲包含以下三種形式：彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲與彎扭屈曲。對(duì)于工字型截面柱，其兩側(cè)的長(zhǎng)細(xì)比不同，即有強(qiáng)弱軸之分，故會(huì)發(fā)生繞弱軸的彎曲屈曲，究其原因是因?yàn)槠錇殡p軸對(duì)稱構(gòu)件。當(dāng)截面為單軸對(duì)稱構(gòu)件是，則會(huì)發(fā)生彎扭屈曲。對(duì)于特殊的雙軸對(duì)稱十字型截面構(gòu)件，則會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)屈曲?；氐皆瓉?lái)的問(wèn)題上，則對(duì)于工字型截面梁，兩端承受彎矩時(shí)為什么可能會(huì)發(fā)生彎扭屈曲即失去整體穩(wěn)定性呢？原因是因?yàn)?，?duì)于一般的梁，通常會(huì)將截面設(shè)計(jì)為高而窄的形式，兩個(gè)主軸慣性矩相差很大，在彎矩平面由于剛度很大，故在到達(dá)極限狀態(tài)時(shí)所能承受的彎矩極大，此時(shí)截面受壓區(qū)所受壓力則會(huì)很大。個(gè)人猜想，此時(shí)情況應(yīng)類(lèi)似與壓桿失穩(wěn)，當(dāng)梁未到達(dá)受彎承載力時(shí)，彎矩所產(chǎn)生的壓力已使桿件到達(dá)失去穩(wěn)定性的極限狀態(tài)，同時(shí)由于壓力并不是在整個(gè)截面分布，故最終會(huì)發(fā)生側(cè)向屈曲和扭轉(zhuǎn)，即彎扭屈曲?？梢钥闯觯旱恼w穩(wěn)定性問(wèn)題也可歸結(jié)為壓桿的穩(wěn)定型問(wèn)題。 4、經(jīng)過(guò)上述對(duì)于失穩(wěn)的分析，我想如果對(duì)于偏心受壓構(gòu)件，會(huì)