结构设计原理钢结构绪论

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1、绪绪论论工程结构设计原理钢结构部分PrinciplesofSteelStructureDesign绪论1绪绪论论主主要参要参考考书：书：1、钢结构设计规范，GB50017-2003，2003.2、崔佳等，钢结构设计规范理解与应用，中国建筑工业出版社，2004.3、陈绍蕃，钢结构设计原理，科学出版社，2005.4、陈骥，钢结构稳定理论与设计，科学出版社，2001.2绪绪论论1.1.钢结钢结构构稳稳定定问题的问题的重重要性要性Stability1）钢材的特点决定了稳定问题更加突出v轻质、高强、力学性能好；v与砼比，尺寸轮廓小，构件细长，板件薄柔；v易发生整体失稳和局部失稳；

2、v失稳时经常具有突然性的几何形状的改变。3绪绪论论2）钢结构失稳破坏的例子v1907年，加拿大跨越魁北克(Quebec)河三跨伸臂桥工程概况：两边跨各长152.4m，中间跨长548.6m(包括由两个边跨各悬挑出的171.4m)。破坏原因：格构式下弦压杆角钢缀条过于柔弱、失稳，其总面积只占弦杆截面面积的1％。直接损失：架桥工程中19000t钢桥坠河中，75员工遇难。1916年因施工问题又发生一次倒塌事故。4绪绪论论5绪绪论论1916倒塌场景（支点强度不足，10人死亡）6绪绪论论v前苏联在1951～1977年间共发生59起重大钢结构事故，有17起属稳定问题。（设计、制作、安

3、装或使用不当都可能引发稳定事故）例如：1957年前苏联古比雪夫列宁冶金厂锻压车间，7榀1200m2屋盖塌落。起因是一对尺寸相同的拉压杆装配颠倒。1974年，苏联一个俱乐部观众厅24×39m钢屋盖倒塌。起因是受力较大的钢屋架端斜杆失稳。7绪绪论论v1990年2月，辽宁省某重型机械厂新增一会议室。破坏原因：只有14.4m跨的轻钢梭形屋架腹杆平面外出现半波屈曲，致使屋盖迅速塌落。误用重型屋盖结构。且错用了计算长度系数，λy>300。事故后果：305人开会期间倒塌，造成42人死亡、179人受伤。8绪绪论论v美国Connecticut州Hartford城一体育馆网架，1978年1

4、月大雨雪后倒塌。工程概况：91.4m×109.7m网架，四个等边角钢组成的十字形截面杆件。破坏原因：只考虑了压杆弯曲屈曲，未考虑弯扭屈曲。（边长9.1米，高6.4米）9绪绪论论v大跨度波纹拱屋盖我国东北、内蒙古、新疆曾有大量使用，用于仓库、临时罩棚等设施。但有些结构在大雪后倒塌。破坏原因：波纹拱的畸变屈曲没有给予很好的考虑。冷弯薄壁型钢构件DistortionalBuckling(EdgeStiffenerBuckling)10绪绪论论破坏后11绪绪论论v宁波某轻钢门式刚架施工阶段倒塌。破坏原因：施工顺序不当、未设置必要的支撑等。12绪绪论论我国其它一些地方的门式刚架也

5、发生过倒塌事故，从设计、制作、到安装阶段都有可能出现问题。13绪绪论论失稳破坏表现为脆性特征：突然性，小变形，无征兆－－不同于受拉时的性能14绪绪论论2.2.稳定稳定问问题题分类分类1）按平衡状态分v理想轴压或压弯构件或结构的稳定(perfect)15绪绪论论分岔失稳或第一类稳定问题(bifurcationinstability)定义：由原来的平衡状态变为一种新的微弯（或微扭）平衡状态。相应的荷载NE——屈曲荷载、临界荷载、平衡分岔荷载稳定分岔失稳此类稳定又可分为两类：不稳定分岔失稳16绪绪论论稳定分岔失稳17绪绪论论不稳定分岔失稳18绪绪论论v非理想轴压或压弯构件或结

6、构的稳定(imperfect)极值点失稳或第二类稳定问题(limit-load-instability)定义：平衡状态渐变，不发生分岔现象。相应的荷载Nmax——失稳极限荷载或压溃荷载。大部分的实际工程结构都存在一定的初始几何缺陷，其失稳形式都属于第二类稳定问题。19绪绪论论初始几何缺陷δ越大，弹塑性临界承载力越低极值点失稳20绪绪论论实践题1：运用合适的有限元软件，研究长柱失稳（两端铰接）。构件长细比取120，构件截面为工字型截面，构件长度与截面尺寸自取。材质选用Q235B钢，不计材料非线性。。要求：a、进行特征值屈曲分析；b、考虑初始缺陷影响（如初弯曲、残余应力等）

7、，模拟压杆失稳全过程，跟踪荷载位移曲线，讨论影响因素并分析现象。c、将上述两种方法算得的极限承载力与理论值进行对比分析。形成书面研究报告，图文并茂，可列数据表格等3月13日打印提交。21绪绪论论v跃越稳定(snapthroughinstability)平衡→失稳（失去承载力）→新的平衡22绪绪论论实践题2-1：运用合适有限元软件，实践平面二杆铰接结构-跃越失稳。杆件轴向刚度EA=2.1e4N，不计材料非线性。要求：a、模拟结构失稳全过程，跟踪荷载位移曲线，并分析现象。形成书面研究报告，图文并茂，可列数据表格等3月20日打印提交。23绪绪论