冷弯薄壁帽型截面立柱轴压试验研究（二）
发布时间：
2017-08-29 12:00
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1.2试验装置
由于立柱轴压承载力低，轴压试验在反力框中进行。反力框由两侧115mm直径的螺纹杆和顶端300mm高的H型钢截面组成，其中螺纹杆底端和上端分别与地面混凝土沟槽和H型钢U型孔通过螺栓连接。反力框中的装置如图3所示，从上到下由上端板、上柱脚、靴套、试件、靴套下柱脚、下端板、压力传感器、过渡板及千斤顶构成。上、下端板与钢棒接触的一面上设置弧形凹槽，以形成铰支座。凹槽中心与帽型截面形心、千斤顶中心在同一直线上。另外，为防止支座发生扭转，千斤顶底座直接通过结构胶粘接于混凝土地面，顶端直接与过渡板焊接;压力传感器上下两端分别与下柱脚底板和过渡板采用螺栓连接，如图4所示。
为得到各级荷载作用时轴压立柱的压缩变形，立柱上柱脚底板的底面绕帽型截面弱轴的一侧布第1个
1—H 型钢; 3—螺纹杆; 3—上端板; 4—上柱脚; 5—靴套; 6—试件;
7—下柱脚;8—下端板; 9—压力传感器; 10—过渡板; 11—千斤顶。
图 3 反力框内试验装置
Fig． 3 Test set- up
图 4 试验加载部分装置
Fig． 4 Part of loading test set- up
位移计，立柱下柱脚底板的上表面绕帽型截面弱轴的一侧布置第2个位移计。3个位移计的精度均为0.01mm。另外，为测量轴压立柱沿帽型截面弱轴方向的水平位移，在立柱跨中布置第3个位移计。
为方便加载之前的物理对中，在轴压立柱试件的跨中，帽型截面的上翼缘、下翼缘、腹板和翻边上分别均匀布置13个应变片。
1. 3 试验过程
试验装置就位、设备调试完成和轴压立柱几何对中后，即可进行物理对中。轴压立柱的物理对中采取预加载方法，即对立柱预加理论计算极限荷载20%的轴向力，并读取跨中截面上的所有应变值。若所有应变值相差不超过15%，则表示试件均匀受压，可进行加载试验，否则，需采取措施调整试件位置后再次进行加压对中，直至各应变值满足要求为止。对中完成后，即可进行正式的轴压试验。试验采取分级加载的方式，分级大小可根据相应立柱试件极限承载力的理论计算值并结合现场的情况决定。实际操作时，第一级荷载取极限荷载理论计算值的10%，第二级以后取5%，试件接近破坏时，每级加载取1.0kN，直至试件发生破坏，停止加载，试验终止。每级加载完成后，记录相应数据并观察试件的变形和失稳情况。
2帽型截面立柱轴压试验结果分析
2.1失稳形式
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a—HC3008 －1 下翼缘; b—HC3010 －3 上翼缘。
图 5 试件翼缘局部失稳
Fig． 5 Local buckling of flange for specimens
由于宽厚比较大，试验中，名义厚度为0.8mm的3个帽钢立柱HC3008－1、HC3008－2及HC3008－3开始均发生局部失稳，最后发生整体失稳破坏。其中，HC3008－1首先在跨中附近的一边下翼缘发生局部内凹(图5a)，并引起同侧腹板凸起。当加载至极限荷载时，构件整体绕平行于翼缘的轴发生弯曲失稳，失去承载力。HC3008－2的局部失稳首先发生在跨中往上500mm的位置，表现为一侧的翻边发生外翻，继续加载则试件最终发生弯曲失稳。HC3008－3的局部失稳现象同HC3008－1类似，继续加载后，试件最终发生弯扭失稳。HC3010－1立柱没有发生局部失稳，破坏时整个试件发生弯扭失稳。HC3010－2首先在跨中往上300mm位置翻边外翻，发生局部失稳，接近破坏时试件发生弯扭失稳。HC3010－3开始发生的是典型的局部失稳特征，即在跨中附近的上翼缘发生系列的波浪形鼓曲变形，且随着荷载的增加帽型截面的腹板也发生局部屈曲(图5b)，最后试件的整体破坏表现为弯曲失稳(图6)。
HC3012－1、HC3012－2及HC3012－3在整体失稳破坏之前均未发生局部失稳，三者均为弯曲失稳破坏。其中，HC3012－1及HC3012－3的弯曲方向为上翼缘受压，下翼缘受拉。HC3012－2的弯曲方向与前两者相反。HC3015－1、HC3015－2及HC3015－3除第一个试件在跨中往上1.0m处截面一侧翻边发生外翻的局部失稳外，其他两个试件未发生局部失稳现象。3个试件的破坏形式均为整体弯扭失稳。HC3018－1及HC3018－2均在跨中位置截面的上翼缘处发生外凸，并带动两侧的腹板内凹，最终导致试件发生弯曲失稳破坏。HC3018－3直接发生整体失稳破坏，表现为弯扭失稳。
HC3020 －1、 HC3020 －2 和 HC3020 － 3 试件发生的均是弯扭失稳破坏(图 7)。
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图 6 HC3010 －3 的弯曲失稳 图 7 HC3020 －1 的弯扭失稳
Fig． 6 Flexural buckling of HC3010 －3 Fig． 7 Flexural- torsional buckling of HC3020 －1
综上所述，对于3m长、截面尺寸如图1的帽型截面轴压立柱，当其厚度为0.8，1.0mm时，立柱一般为先局部失稳，后整体弯曲或弯扭失稳;而当截面厚度为1.2，1.5，1.8，2.0mm时，立柱一般会直接发生整体的弯曲或弯扭失稳。各试件具体的失稳形综上所述，式如表3所示。
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