热轧等边角钢柱及试验概况

Q420 热轧等边角钢部分截面尺寸的板件宽厚比超过我国《钢结构设计规范》 GB 50017—2003所规定的限值。这是因为该限值的计算公式与钢材屈服强度有关，当钢材强度f，提高后，宽厚比限值降低，原来满足要求的截面，其板件宽厚比可能会超出限值，相应轴压构件的整体稳定承载力和失稳破坏形态也可能发生变化。此外，我国《钢结构设计规范》GB 50017—2003 对于单轴对称截面轴压构件的整体稳定设计考虑了弯扭换算长细比，这一换算方法基于弹性理论，并没有直接考虑初始缺陷对弹塑性稳定承载力的影响，此外还缺少 Q420 强度等级受压钢柱的基础试验研究。本节对 Q420 热轧等边角钢进行了轴压试验研究，以期对该类钢材轴压杆的失稳模态和稳定承载力有更准确的认识。并为相关设计方法的制定提供试验依据。

表3-1列出了每个试件的编号和实测几何尺寸。表中试件编号的"A"表示角钢截面，"A"后的数字表示试件截面肢板宽度（其中140 表示截面为L 140×10，140S 表示截面为L 140 ×12），中间的数字表示试件的设计长细比λ，，最后的数字为具有相同截面尺寸和长细比的3 个试件的序号。例如 Al25-30-1 表示截面类型为L 125×8、绕弱轴长细比λ，设计值为30 的1号试件。L表示试件长度，取两肢板长度测量结果的平均值; w为试件截面宽度（如图2-3 所示），取试件两端横截面上 4 肢宽度测量值的平均值;t为试件肢板的厚度（如图2-3 所示），取试件两端横截面上，4 肢厚度测量值的平均值

所有试件均采用Q420B 低合金高强度结构钢材，标准材性试件的取样位置如图 3-2所示。由于轴压构件主要在纵向受力，为确定材料沿构件纵向的力学性能指标，材性试验的取样方向沿构件纵向。材性试件的具体尺寸按照比例试件设计，主要根据我国标准《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T 228—2002确定。具体的材性试验结果见第2 章的图2-4 和表2-3。

试验采用的设备为 500t 液压式压力试验机（型号为 YES-500）。加载装置如图3-3 所示，图中1-1～1-4 均为位移计测点编号，其中1-1和1-2 两个测点测量加载点（在试件底端）的纵向位移，1-3 和1-4 两个测点测量柱中的横向位移。为实现试件两端铰支的约束条件，试验机在构件两端均设置有球铰，能够同时释放柱端的弯曲和扭转变形，但最终的试验结果表明该球铰并不能提供理想的铰支条件。

加载时，柱上、下端部与设备加载端面间各放置一端板，使构件两端受力均匀，细部构造如图 3-4 所示。端板厚度 40mm，材料为 O235 普通强度钢材;端板 6 个表面均标记了定位中线，以便于构件安装时的对中;端板表面利用机加工进行铣平，确保轴压试件端部能够与试验机加载端板完全顶紧。当构件安装完毕后，端板上会点焊 4 个 10mm 厚的耳板（如图3-4 所示），目的是防止在加载过程中试件端部发生水平滑动，同时也不会限制端部肢板的局部变形。

试验量测内容主要包括试件的实际几何尺寸、构件初始缺陷（包括几何初始缺陷和截面残余应力分布）、钢材力学性能、构件的变形发展、柱中截面应变以及受压稳定承载力。表3-1已给出了所有试件的实测长度和截面尺寸。对于试件的几何初始缺陷，试验测量了角钢柱三条棱边线 （即两个肢尖处和一个肢背处）分别偏离其柱两端对应角点连线的最大距离，分别记为 vou、tm、v和v，如图3-5 所示。表3-2 列出了各试件几何初始缺陷的测量结果。对于试件截面的残余应力分布，试验采用分割法进行测量，具体测量步骤和结果详见第2 章 2.1节的相关内容。