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1、钢结构基本原理演示实验报告实验一：摩擦型高强度螺栓抗剪连接实验一、 实验目的 了解摩擦型高强度螺栓抗滑移系数的计算方法； 了解摩擦型高强度螺栓连接不同阶段的受力性能和破坏过程； 掌握摩擦型高强度螺栓抗剪连接的承载力计算方法。二、 实验原理摩擦型高强螺栓连接是将高强度螺栓拧紧，使螺杆产生预拉力压紧构件接触面，靠接触面的摩擦力阻止其相对滑移，达到传力目的，并以板件间的摩擦力被外力克服作为极限状态。因此，接触面抗滑移系数是重要的计算参数。即（其中N为滑动外力，P为螺栓预拉力）单个剪力螺栓的承载力计算： 受剪承载力： 承压承载力：注：实验给定参考数、3、 实验器材编号名称单组实验数量备注1001531
2、0 钢板2Q34510010325 钢板2Q34510.9级摩擦型高强度螺栓4M20扭矩扳手1200t万能实验机1注：表中未注明单位均为mm双摩擦面双栓拼接拉力试件图1 双摩擦面双栓拼接拉力试件平面图图2 双摩擦面双栓拼接拉力试件图图3 拉力试件零件图4 拉力试件零件注：拉力试件摩擦面采用抛丸、除锈处理图中所示单位均为mm四、实验过程及结果第一步：试件组装 将试件放在平台上，并使板与板之间螺栓孔对齐，观察板试件表面较为粗糙，摩擦面数目nf=2。第二步：螺栓初拧、终拧 实验现象记录（预扭矩T） 先将螺栓用手初拧，使其不脱落：将扭矩扳手调到465N/m大小，然后用其将螺栓拧紧，当听到咯噔一声，停止
3、，依次将四个螺栓拧紧。第三步：试件加载将组装试件置于万能试验机中，开始缓慢加荷直到板之间发生相对滑移。仔细观察此时钢板的截面会发现螺栓孔周围相对其他部位变得很光滑，即认为此时试件已破坏。 加载曲线如图五、实验结果及思考 1、 由实验过程求取摩擦系数； 已知P=155kN nf=2 n=2 根据曲线得N=285N 2、由实验过程理解预拉力的加载原理；实验之前先用扭矩扳手给高强度螺栓预拉应力，使螺栓对板件产生压力。根据摩擦原理，由于摩擦系数的存在，使板与板之间产生很大的摩擦力，达到摩擦性高强度螺栓的作用机理。 3、高强度摩擦型螺栓不同阶段的受力性能及破坏过程； （1）靠摩擦传力的弹性阶段 在加荷初
4、期，由于荷载较小，靠构件接触面的摩擦力传递，栓杆与孔壁间的间隙保持不变，连接工作处于弹性阶段，在n-图上呈现出0，1斜直线段。但由于板件间摩擦力的大小取决于拧紧螺帽时在螺杆中的初始拉力，一般来说，普通螺栓的初拉力很小，故此阶段很短。（2）相对滑移阶段 随着荷载不断增大，连接中的剪力达到构件间摩擦力的最大值，板件间产生相对滑移，其最大滑移量为螺栓杆与孔壁之间的间隙，直至螺栓与孔壁接触，相应于n-曲线上的1，2水平段。（3）靠栓杆传力的弹性阶段 荷载继续增加，连接所承受的外力主要靠栓杆与孔壁接触传递。栓杆除主要受剪力外，还有弯矩和轴向拉力，而孔壁则受到挤压。由于栓杆的伸长受到螺帽的约束，增大了板件
5、间的压紧力，使板件间的摩擦力也随之增大，所以n-曲线呈上升状态。达到“3”点时，曲线开始明显弯曲，表明螺栓或连接板达到弹性极限，此阶段结束。 受剪螺栓连接达到极限承载力时，可能的破坏形式有：当栓杆直径较小，板件较厚时，栓杆可能先被剪断；当栓杆直径较大，板件较薄时，板件可能先被挤坏，由于栓杆和板件的挤压是相对的，故也可把这种破坏叫做螺栓承压破坏；端距太小，端距范围内的板件有可能被栓杆冲剪破坏；板件可能因螺栓孔削弱太多而被拉断。 4、 比较三种螺栓安装和工作中的优缺点，并思考其各自适合的工作环境 普通螺栓安装时只要拧紧就行，而高强度螺栓需要安装时需要施加一定的预应力，即通过扭矩扳手。工作中普通螺栓
6、的强度相对低一些，但是可以拆卸，重复利用；高强度螺栓强度更高，受力性能更好，其中分摩擦型和承压型，摩擦型只要构件滑移就认为破坏，个人的心理上有更好的安全感，承压破坏有普通螺栓破坏形式相同，承受的荷载更大一些。高强度螺栓只要用于重要的永久连接构件中，并且要做好防潮处理避免在雨天施工；普通螺栓则用在相对次要的构件上，或者经常拆卸的部位。5、 实验心得 在进行摩擦型高强度螺栓抗剪连接实验中，我们首先学会了高强螺栓预拉力的加载过程，即先用普通扳手初拧，使板件靠拢，再用一种可显示扭矩值大小的特制扳手终拧；然后通过试验机加载，观察到连接板件所受拉力与相对位移之间的关系，即螺栓所受剪力大小与相对位移之间的变
7、化曲线，了解了摩擦型高强度螺栓连接不同阶段的受力性能和破坏过程。本次实验过程我有下列思考与心得体会： 1、摩擦型高强度螺栓与承压型高强度螺栓的区别，仅仅是极限状态的规定不同，对于所用螺栓类型及预拉力的加载方法以及最后的加载过程均相同。摩擦型高强度螺栓的极限承载状态是以摩擦力刚被克服的时刻，故进行承载力验算时不需进行孔壁承压验算；而承压型高强度螺栓计算方法则与普通螺栓计算相同，即仍需进行孔壁承压验算。 2、摩擦型高强螺栓的受剪实验曲线中，与普通螺栓所不同的是，其弹性工作阶段的范围较大。原因是普通螺栓仅靠板件之间的摩擦传递外力，而由于普通螺栓的紧固预拉力很小，产生的摩擦力也较小，而摩擦型高强度螺栓
8、由于预拉力较大，故可承受较大的剪力而不产生滑移。 3、摩擦型高强度螺栓的摩擦面粗糙程度对于受剪承载力影响较大，即抗滑移系数的大小将直接影响受剪承载力大小。在本次实验中，板件摩擦面采用抛丸、除锈处理，抗滑移系数可以得到有效增加。由此可以看出，在实际工程中，应注意摩擦型高强螺栓所连接的板件表面情况，如当连接在潮湿或淋雨状态下进行拼装，会降低抗滑移系数值的大学，故应采取防潮措施避免在雨天施工，以保证连接处表面干燥。 4、由于摩擦型高强度螺栓的受剪承载力主要是板面摩擦力的大小所影响，因此可以判定，当摩擦型高强度螺栓承担拉力时，会由于降低板件之间的预拉力大小进而降低板件摩擦力大小，直接影响摩擦型高强度螺
9、栓的抗剪承载力。一言以蔽之，同时承受拉力和剪力的高强度螺栓，会由于拉力引起的预拉力损失，造成其受剪承载力减小。而这种情况在普通螺栓及承压型高强度螺栓中则不予考虑，因为普通螺栓的极限状态是发生在板件发生滑移、螺栓贴紧孔壁时，摩擦力的损失对其受剪承载力大小无影响。实验二：工字形截面轴压构件整体稳定实验一、实验目的掌握钢构件实验方法，包括试件设计、加载装置设计、实验结果整理等；观察工字形截面轴心受压柱的失稳过程和失稳模式；将理论极限承载力和实测值进行比较，加深对轴心受压构件极限承载力的理解；分析思考极限承载力的影响因素。二、 实验原理轴心受压构件在轴心压力较小时处于稳定平衡状态，如有微小干扰力使其偏
10、离平衡位置，则在干扰力除去后仍能回复原来的平衡状态。随着轴心压力的增加，轴心受压构件会由稳定平衡状态过渡到随遇平衡状态，这时如有微小干扰力使其偏离平衡位置，则在干扰力除去后，将停留在新的位置而不能回复到原来的平衡位置。当轴心压力超过临界压力后，构件就不能维持平衡而失稳破坏（弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳）。三、 实验器材实验器材统计表编号名称单组实验数量备注微机控制电液伺服压力实验机1工字形截面 1501008101长1500mm Q34520020200钢板2Q345注：表中未注明单位均为mm工字形截面轴压构件整体试件图1 工字形截面轴压柱正立面图图2 工字形截面轴压柱侧立面图图3 工字形截面轴压柱横截面四、实验过程及结果Step1 试件安装实验现象记录在老师和学长的帮助下，将工字型截面梁装在了微机控制电液伺服压力试验机上，试件采取了俩端铰接的固定方式，用刀口铰支座进行固定，为了确保构件受轴心压力，在安装时要仔细检查构件的上下对齐情况。另外，为了确保安全，还需要在试件外围缠绕数圈麻绳。Ste
