王 亮,樂風(fēng)江

(新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830008)

梁是結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件,梁的整體失穩(wěn)可能導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失承載能力,甚至造成嚴(yán)重的工程事故。在高等院校中為學(xué)生開設(shè)鋼梁整體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn),可以提高學(xué)生對(duì)穩(wěn)定性理論的感性認(rèn)識(shí),加深理論知識(shí)的理解。然而,往往實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)所得結(jié)果與規(guī)范公式相差較大。如何對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,找到影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種因素,使實(shí)驗(yàn)的精度得到進(jìn)一步提高,尚需要做深入的工作,從而加深對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論的認(rèn)識(shí)和理解。

1 工字型截面鋼梁?jiǎn)适дw穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)概況

為了提高學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的理論認(rèn)識(shí)水平,我校近些年為學(xué)生開設(shè)了鋼梁整體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)采用工字型截面組合鋼梁。加載設(shè)備采用 Q30B-02-00高精度液壓油缸伺服系統(tǒng),用DH 3818靜態(tài)電阻應(yīng)變儀進(jìn)行上下翼緣的應(yīng)變測(cè)量,百分表測(cè)量側(cè)向及豎向位移。

下面僅抽取 1組(3根)典型的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析研究,3根尺寸完全相同編號(hào)分別為 1號(hào)、2號(hào)、3號(hào),材料為 Q235-B鋼,支座采用自制夾支支座,利用分配梁加載。1#至 4#和 5#至 8#測(cè)點(diǎn)讀數(shù)分別表示上下翼緣應(yīng)變值 ε。1#至 6#和 7#百分表分別測(cè)量鋼梁側(cè)向及豎向位移,實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图凹虞d方式如圖 1及圖 2。

圖1 鋼梁具體尺寸

鋼梁開始加載后,首先出現(xiàn)豎向位移同時(shí)伴隨有側(cè)向變形,但豎向變形數(shù)值較小,上下翼緣應(yīng)變逐漸增大。在荷載達(dá)到一定程度的時(shí)候,豎向位移較為明顯,側(cè)向位移也逐漸緩慢增大,當(dāng)荷載達(dá)到某一數(shù)值,鋼梁出現(xiàn)較為突然的側(cè)向扭曲(側(cè)向變形變得很大)不能繼續(xù)承載,從而喪失整體穩(wěn)定,如圖 3所示。

實(shí)驗(yàn)時(shí)每加 1級(jí)荷載,穩(wěn)定 5min左右再讀數(shù)。記錄應(yīng)變值 ε及撓度值,并繪制出 P-ε、P-f曲線。

圖2 試驗(yàn)梁加載

圖3 試驗(yàn)梁破壞

1號(hào)鋼梁得到 P-ε、P-曲線如圖 4,圖 5所示。

圖4 1號(hào)鋼梁荷載 -應(yīng)變曲線

圖5 1號(hào)鋼梁荷載 -撓度曲線

2號(hào)鋼梁得到 P-ε、P-f曲線如圖 6、圖 7所示。

圖6 2號(hào)鋼梁荷載 -應(yīng)變曲線

圖7 2號(hào)鋼梁荷載 -撓度曲線

3號(hào)鋼梁得到 P-ε、P-f曲線如圖 8、圖 9所示 。

圖8 3號(hào)鋼梁荷載 -應(yīng)變曲線

圖9 3號(hào)鋼梁荷載 -撓度曲線

由于發(fā)生突然的側(cè)向扭曲,最后一級(jí)讀數(shù)沒有來得及讀出,但其結(jié)果應(yīng)與 1、2鋼梁相近,取 3號(hào)鋼梁的極限荷載為97.76 kN,Mcr=(P/2)×500=24.44 kN·m。

取 3根鋼梁所得臨界彎矩平均值為實(shí)驗(yàn)測(cè)得臨界彎矩,即 Mcr=24.27 kN·m。

2 鋼梁整體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過規(guī)范公式、靜力法和能量法對(duì)臨界彎矩 Mcr公式進(jìn)行計(jì)算。

2.1 鋼梁的臨界彎矩理論值

(1)由規(guī)范中對(duì)鋼梁整體穩(wěn)定部分說明得,鋼梁整體穩(wěn)定性驗(yàn)算公式為:

(2)由三軸平衡方程關(guān)系(靜力法),列出平衡微分方程:

(3)實(shí)驗(yàn)采用兩點(diǎn)加載能量法,力分別為 P/2,列出總勢(shì)能方程為:

把所得數(shù)據(jù)結(jié)果代入靜力法和能量法所得臨界彎矩式式(1)、式(2)、式(3)中得:

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)值與理論值對(duì)比分析

實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與規(guī)范公式、靜力法、能量法所計(jì)算的數(shù)據(jù)分別相差 21.88%,10.18%,25.92%。

根據(jù) 3組實(shí)驗(yàn)與理論值結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),理論公式和規(guī)范公式解得的臨界彎矩的結(jié)果都與實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果有一定的偏差。究其原因,有以下幾點(diǎn)因素影響:(1)由于實(shí)際設(shè)計(jì)出的鋼梁要為人們所應(yīng)用,應(yīng)當(dāng)更安全一些,實(shí)際鋼梁要比理論公式計(jì)算的結(jié)果偏大;(2)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí),完成測(cè)量、記錄等工作時(shí),產(chǎn)生一定誤差,鋼梁放置時(shí)有一定初偏心和鋼梁有殘余應(yīng)力的作用;(3)實(shí)驗(yàn)儀器輸出結(jié)果有一定誤差。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)鋼梁的實(shí)際破壞過程的觀察,位移和應(yīng)變隨荷載的變化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與規(guī)范和理論結(jié)果的對(duì)比,使學(xué)生對(duì)鋼梁整體失穩(wěn)有更深刻的認(rèn)識(shí),加深了對(duì)整體穩(wěn)定的學(xué)習(xí)。以后要繼續(xù)開設(shè)此實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生能更好地對(duì)鋼梁整體失穩(wěn)有深刻的了解。但要對(duì)實(shí)驗(yàn)認(rèn)真對(duì)待,使所得結(jié)果更加精確,讓學(xué)生鍛煉更嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的專研精神。

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